[FAQ] 如何估算模拟开关/多路复用器中的传播延迟和通道间延迟？

TI 的模拟开关和多路复用器通常会增加很小的传播延迟，而在多通道器件中，这种延迟会扩展为通道间延迟。在某些情况下，数据表中不包含这些参数，不过，根据数据表规格和负载条件进行一些简单的计算后，可以很容易地得出这些参数的近似值。

               为了说明该过程，我们将使用闭合开关的简化无源等效电路。当开关闭合时，该模型（如下所示）将多路复用器显示为一个简单的 RC 电路。

开关只是一个低通滤波器，其中 R_ON 是开关的导通电阻（见数据表），C_ON 是导通电容（见数据表）。TI 将传播延迟定义为从输入为终值的 50% 到输出达到终值的 50% 时的时间。

如果开关无负载，则传播延迟大约为 1 个 RC 时间常数，其中 R = R_ON，C = C_ON。对于大多数开关而言，该值非常小，这表明开关本身通常不会增加很多延迟。大多数应用中都存在负载，但在许多应用中，这种通用负载可视为 RC 负载接地。

乍一看，无负载开关的简单 RC 计算，RON * C_ON，近似值不再准确。因此，为了估算传播延迟，电路的组装必须再次实现本质上具有 1 个 RC 负载。为此，首先将电容并联。现在将新的“负载”定义为仅并联的电容器。

馈入该负载的等效电阻为戴维南等效电阻 – 在本例中就是 R_th。这将提供一个新的 RC 时间常数 R_TH * (C_L + C_ON)，它将用于估算开关/多路复用器输出的传播延迟。该方法可用于列出传播延迟的器件，但器件所在系统的负载条件也不同。

例如，在 RC 负载为 R_L = 1MΩ、C_L = 20pF 时，可以估算 TS5A2066 在 3V 电源下的传播延迟。在 3V 电压下，典型导通电阻为 12Ω，但可高达 20Ω。而导通电容为 14pF。

请注意，无需将导通电容加倍 – 某些数据表中有两个值的原因是电容是从不同端口测量的，但它指定了相同的寄生电容。  现在可以找到上限和典型工作点。负载电容器将为 20pF + 14pF，R_TH 将为约 12 欧姆（典型值）| 20 欧姆（最大值），因为 R_ON 远小于 R_L。这会产生大约 408ps（典型值）和 680ps（上限近似值）的传播延迟。

               如果一个器件具有多个通道，则通道之间会出现一定的延迟 – 其额定值通常小于传播延迟。不过，用于估算传播延迟的相同步骤也可用于计算延迟。延迟是通道间传播延迟变化的结果。要计算延迟，请首先按上述方法计算一个通道的传播延迟。接下来，在数据表中查找通道间的导通电阻不匹配度 ∆R_ON，使 R_ON 值加上/减去该不匹配度值，然后使用新值重新计算传播延迟。传播延迟之间的差值将是通道间的延迟。 

我们将继续使用 TS5A2066 为例 – 其通道不匹配度 ∆R_ON 通常为 0.5Ω，最大值为 3.5Ω。下面是 TS5A2066 的数据表摘录，其中显示了通道不匹配度。

因此，这会将 R_TH 更改为 12.5Ω（典型值）和 16.5Ω（最大值 – 假设其他通道处于最大导通电阻）。新的传播延迟为 425ps（典型值）和 561ps（上限近似值）。这会导致 17ps（典型值）和 119ps（上限近似值）的差值。

如果系统不遵循典型的“RC”负载，使用无源元件模拟负载和信号链来进行 SPICE 仿真可帮助解决更复杂负载条件下的传播延迟问题。

Cherry Zhou：

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