前一篇文章介绍了手机中模拟开关的应用场景，链接如下：
本文其实是同一篇来着，因为太长，故分解成两篇来写，希望能帮助到我的读者。
原理
甫一进入控制的世界，我们最早接触的是肌肉猛男般的机械开关，机械开关靠物理接触来通断电路，简单粗暴，直观而明了。
而模拟开关是靠电子信号来控制内部电子开关（由MOS管做成）导通与截止。与机械开关相比，电子开关有着功耗低、速度快、无机械触点不会得关节炎、体积小和使用寿命长的特点。
但模拟开关本质上仍是开关，所以关于开关的“刀”与“掷”的概念仍是通用的。
- 刀：看起来就像个铡刀一样，英文是pole （杆的意思），比如单刀（single pole）、双刀（double pole）等。
- 掷：throw ，投掷的意思，在这里的含义是电极杆有几个可以投掷的位置。如果一个刀只有断开或者闭合，那么叫单掷（single throw）。如果一个刀，可以掷向左边，让0UT1和IN导通，也可以掷向右边，让0UT2 和IN导通，那么就叫双掷（double throw），看起来像是娶了两个老婆，可以左拥右抱一样。
那为什么称为模拟开关？
与传统数字开关相区别，数字开关只能接受数字信号，并且数字开关关闭时，引脚将返回默认的逻辑状态。
而模拟开关，无论是模拟信号还是数字信号，它均能将信号从输入传导到输出引脚，而且通常是双向的。并且当模拟开关关闭时，可在内部将输入与输出做隔离，像冷战时期的柏林墙一样。
内部结构
如下图，基本的模拟开关通常由NMOS和PMOS管并联组成，像一对基友一般。因为从沟道结构上来看是对称的，故模拟开关的信号流通可以是双向的，没有严格的输入和输出定义，带有双向奔赴的特质。
也正是因为这种双向性，模拟开关在电路中非常灵活。它既可以将多个输入信号选通到一个公共输出端（多路复用器），也可以将一个公共输入信号分配到多个输出端中的某一个（多路分离器）
相比基本的模拟开关结构，也会有些其他架构，比如美信的MAX4887，只使用NMOS，不使用PMOS（PMOS对模拟开关带宽影响较大）。
现在单电源供电较为常见，所以有的模拟开关会在内部集成电荷泵，利用电荷泵提供负电压，使之能cover负信号。比如美信的音频模拟开关MAX14504，供电电压从+2.3V到+5.5V，由内部电荷泵提供负压，使之能传输负信号。
模拟开关参数之RON
上面说过模拟开关本质上仍是开关，那么就会涉及导通电阻，可以理解为开关闭合时的过路费。过路费自然是越低越好，否则信号还没到达目的地就被薅羊毛薅秃了，带来信号的衰减。
理论上应当尽可能减小RON，但要知晓RON的减小会提高MOS硅片的宽度/长度之比（W/L），占用较大的硅片面积，并且产生较大的寄生电容，而这会拖累模拟开关的带宽，让它跑不快。
除了W、L，RON还与电子和空穴（µn和µp）的迁移率、COX电容、门限电压VT、VGS等存在复杂的函数关系，如下式所示。
减小RON和寄生电容、改善整个温度和供电范围内RON与VIN的线性关系，是模拟开关的改进方向。
此外，RON还会涉及两个衍生的参数：
- 导通电阻平坦度（RON Flatness）：在指定输入信号范围内，导通电阻最大值与最小值之间的差值。它表征了不同输入电压下，导通电阻的波动情况。波动越小越能提升系统线性度，降低谐波失真（THD）。该参数与温度和供电电压相关，就像那种天气不好就闹脾气的女朋友一样。
- 导通电阻匹配度 （RON Match）：对于多通道开关，各个通道的导通电阻可能略有不同。匹配度越高，通道间的一致性就越好，这对于需要精确比例的信号（比如差分信号）尤为重要。
基本的模拟开关由NMOS和PMOS管并联组成，之所以使用这种结构，是因为单个MOS的RON不平坦，而两个MOS并联后，取长补短，其最终的RON就平坦多了，如下图所示。
以某模拟开关为例，其与RON有关的参数大致如下，可供参考。
模拟开关参数之泄露电流
理想情况下，当模拟开关处于关断状态时，两个信号引脚之间应该像断路一样，完全没有电流流过；当开关处于导通状态时，所有电流都应该毫无损失地从一端流向另一端。
但在现实中，芯片内部并非完美的绝缘体。总会有一些非常微小的电流偷偷流过这些本该不通电的区域，这些电流就是泄漏电流。以TI的TS3A5223模拟开关为例，其泄露电流参数列举如下：
在某些光电采集、高精度数据采集等应用中，微小的漏电流也会在阻抗上产生显著的电压误差，影响精度，成为系统设计的瓶颈，需要加以注意。
此外泄露电流与温度、开关两端电压等都有关，温度越高，电压越大，泄漏电流就越大，而这些均属于细节，在故障debug时不可不察也。
模拟开关参数之-3dB带宽
带宽，Bandwidth，简称BW，-3dB带宽（衰减三成）参数决定了模拟开关所能处理的信号频率上限。对于普通的音频信号，几十MHz的带宽就足矣；但对于USB2.0、MIPI等高速数据信号，则需要更高的带宽 。
如下图，某模拟开关-3dB带宽实测为500MHz左右。
模拟开关参数之关断隔离度
关断隔离度，Off Isolation，当开关关断时，我们希望它像一堵坚实的墙一样彻底隔离信号，而关断隔离度就是衡量这堵墙的隔离效果的，用dB表示。它表征了开关处于关断状态时，对信号从输入端泄漏到输出端的抑制能力，数值绝对值越大则表明墙越厚，隔离效果越好。
虽然某些模拟开关的输入带宽高达数百兆赫，但如果它的关断隔离度在高频下表现拉胯，那这个带宽指标就毫无意义。此时相当于木桶效应，是短板决定了最终效果。
如下图，某模拟开关的关断隔离度曲线如下图所示，可见高频段此指标会急剧恶化。
模拟开关参数之通道串扰
串扰，Crosstalk，在一个多通道的模拟开关里，当一个通道有信号通过时，会不会串到旁边本该安静的通道？如果有，则是我们不希望看到的。串扰就是衡量这种干扰指标的，同样是绝对值越大越好，表明两个通道间的相互影响越小，通道间的边界感越强。
如下图，某模拟开关的串扰曲线如下图所示（图片来自etek官网），可供参考。可见与关断隔离度指标一样，高频段此指标也会急剧恶化。所以处理高速信号时，得小心隔壁老王来串门。
模拟开关参数之开启/关断时间
模拟开关从接收到指令到完成动作所需要的时间，就是开关速度。在某些需要快速切换的应用中，该参数较为重要 。
模拟开关参数之先断后合
Break Before Make switching，简称BBM，就像坚贞的女子拒绝脚踏两只船的暧昧关系一样。
具备先断后合功能的模拟开关在切换通道时，会确保断开旧连接后，才建立新连接，这种方式可以在一定程度上规避切换瞬间短兵相接造成信号干扰或短路。
总结
如上，模拟开关的十八般武艺都介绍完了，模拟开关在实际选型时，应当根据应用场景来权衡，大致如下：
- 如果是音频模拟信号切换，应当优先考虑低导通电阻和低总谐波失真 (THD)，以确保声音质量。同时关注串扰指标，避免声道间的互相干扰降低立体声的效果。
- 如果是高精度数据采集，应当重点关注泄漏电流以及导通电阻平坦度，保证精度和线性度。
- 如果是高速信号，应当关注带宽和关断隔离度（在目标频率下的关断隔离度）。
