Ранее мне как-то не приходилось заботиться о количественном влиянии этого параметра. Ныне, проектируя модулятор для lock-in усилителя, прикинул реальные пульсации выходного сигнала, связанные с коммутацией. Ужаснулся: это огромные значения. Для распространённых ключей на ёмкости нагрузки в 1нФ имеем типичные пульсации в пару десятков милливольт и более. Есть ли техника компенсации этого эффекта? Поделитесь мыслями, пожалуйста.

Коллега в свое время исследовал различные аналоговые ключи на предмет инжекции заряда и пришел к выводу, что лучше использовать оптроизолированные ключи для этих целей.

Радикальный. Оцифровать, и далее в цифре вытаскивать из шумов. (думал делать так, но не дошло дело)

Реле! Но в каждой шутке есть доля шутки: у нас в СВЧ этот отстой шумит меньше всех остальных видов ключей.

del.

Если я всё правильно понял - ищутся ключи с наименьшими токами утечки? Использовал оптоизолированные ключи. Минимум у трёх компаний есть достойные решения. Максимальное соотношение цена/качество было получено у Panasonic.

Cталкивался с этой проблемой. Когда- то делал быструю СВХ. Как раз на 1 нФ. Перепробовал всякие КМОП ключи, но лучше всего получилось ключь на ПТ с П-Н переходом + схема компенсации инжекции заряда. Противофазный управляющему СВХ сигнал подается через маленькую емкость на конденсатор хранения. Я делал с подстройкой компенсации. Устройство было промышленных тиражей, до сих пор работает в реале.

А может, это не так ужасно, если инжекция воспроизводится? Вот в IVC102 разброс... порядка 10 милливольт при емкости 10 пФ. Точно не помню. Не волновало - компаратор срабатывал при 100...

Есть мнение, что для этого можно использоваь два ключа, но на коммутирующие входы подавать сигналы в противофазе. Выходы объединяешь, а вход используешь только первого, вход второго оставляешь в воздухе. Паразитные импульсы, поданные в противофазе, компенсируют друг друга. Правда сам я такое не пробовал и не проверял.

Точной компенсации не получается. Приходится все равно делать какую- то подстройку.

А как вам такой ключик - 1 Ом в открытом, 1 pF в закрытом.

По моеиу опыту, основные пульсации получаются из-за недостаточной скорости реакции ОУ на переключение ключа. Для уменьшения влияния можно после ключа поставить RC с небольшой постоянной времени (или C, а R - сопротивление ключа). ОУ надо брать с очень большим запасом по скорости. ADG12xx имеет вброс заряда около 0.5 pС, что на 1 нФ даст 0.5 мВ. Вообще, главное, не само это значение, а его стабильность - смещение нуля можно скоммпенсировать.

Можно компенсировать разным положительным и отрицательным питанием - для некоторых ключей подходит.

В древние времена, когда в ключах небыло логических формирователей, сильно помогало управление трапецеидальным сигналом. Даже обычная RC цепь по сигналу управления снижала инжекцию на порядок. Но тогда и инжекция была по современным меркам огромная. Поэтому незнаю, какие ключи для такого режима управления можно посоветовать- пробовать надо.

Как вариант - у Linear (Integrated) Systems есть серия JFET и LATERAL DMOS-ключей. У последних, например, такие параметры:
Ultra-High Speed Switching—tON: 1 ns
Ultra-Low Reverse Capacitance: 0.2 pF

Инжекция от формы сигнала не зависит - это интеграл. Трапеция помогает избежать выхода ОУ из линейного режима. На порядок снижать инжекцию в транзисторных ключах можно аккуратным выбором верхнего и нижнего уровня сигнала, чтобы сильно не заходить вниз за точку отсечки.

Гы. Погуглите CMOS switch falling rate. Другое дело, что этот параметр часто пользователю микросхемы недоступен- только проектанту. А с того требуют переключать свитч как можно быстрее. Ну и научных работ по современным полупроводниковым техпроцессам трудно найти- приходится гадать на кофейной гуще или самому экспериментально искать лучший свитч. Кстати, СВЧ свичи могут быть неплохи- у них бывает есть прямой доступ к затвору. Но большие утечки в закрытом состоянии.
ЗЫ. Или вот тут http://www.linearsystems.com/datasheets/dmosappnote1.pdf обратите внимание на рис9. Это чтобы не лезть глубоко в научные статьи, доступные только по подписке.

В этом самом pdf нарисована правидбная формула Q=CU. Время туда не входит. Изменения амплитуды связаны с утечкой в измерительной схеме, которая больше сказывается при малых скоростях.

Спасибо, коллеги.
Оптоизолированные ключи, боюсь, будут медленными. Сам склонялся к мысли либо поставить дополнительный параллельный ключ, либо подмешивать проинвертированный управляющий сигнал к выходному. Только за воспроизводимость тревожно.
Может, я излишне драматизирую и в этом моём конкретном случае не всё так страшно? Это будет модулятор светодиода. Вход преобразователя U->I поочерёдно переключается с выхода ЦАПа на землю и обратно. Примерно так:

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Поскольку разомкнутого состояния как бы нет, то уровням как бы некуда "плавать". С другой стороны, вход источника тока обладает низкой ёмкостью и даже небольшая инжекция заряда способна привести к заметной ступеньке. Поставить конденсатор - значит затянуть фронта. Мне тут не нужны экстремально малые ни сопротивление открытого ключа, ни ёмкость закрытого, ни токи утечки. Только скорость, ну и малость ёмкости управляющего входа. Но вот инжекция ...

Лучше замыкать диод ключом. Тогда можно забыть об инжекции, да и стабильность работы не будет нарушаться.

Это очень упрощенная формула для конечного пользователя. А полная включает три различных компонета, один из которых аналитически выглядит как в аттаче, а два других вообще аналитически не описываются. Если очень интересна физика полупроводов- то можете поднять статью, откуда это скопированно, и пройтись дальше по ссылкам. Только вряд ли оно надо. Соберите макет- генератор трапецеидальных импульсов с управляемым фронтом, исследуемый свитч, повторитель/усилитель и локин, синхронный с частотой повторения импульсов на ключе. И меняя крутизну фронтов смотрите за амплитудой сигнала. Емкости в такой схеме постоянны и на измерения не влияют. Только надо помнить, что современные свичи часто имеют формирователь на входе и могут сорваться в генерацию или все равно быстро переключится из-за внутреннего триггера шмидта.

Вы вот боретесь за высокую точность, а базовый ток в Вашем генераторе... Может быть... еще один транзистор?


Или базу... Все равно, резистор бы еще добавить..

Можно ещё мостовой схемой коммутировать. Например, на согласованных диодах Шоттки. Кстати,о повторяемости схем компенсации: без подстройки на дискретах- действительно, хорошо не ролучится. а с подстройкой- вполне, я уже упоминал СВХ серийную, настраивалась просто по 0 на выходе АЦП при 0 на входе. Много их выпускали, проблем не наблюдалось.
Между прочим, малое сопротивление открытого ключа (и выходное предыдущего каскада) как таковое не очень помогает. Инжекция происходит в момент изменения состояние с открытого на закрытый. Самое паршивое, что у МОП чем меньше сопротивление во включенном состоянии, тем больше емкости затвор- исток и хатвор сток. С вытекающими последствиями.

Спасибо, это радикальный способ. Именно с него я и хотел начать, но подумал, что импульсная нагрузка для источника тока - тоже не очень хорошо...
Впрочем, наверное, лучший вариант.

Не за абсолютную же. Базовый ток может слегка меняться от коллекторного напряжения, но оно сравнительно стабильно.

Базу, мне кажется, существенно хуже. А резистор куда?

На наносекундных временах только влияет. На тех временах, о которых идет речь, не более 10 - 20% - смотрите вами же предложенный pdf.

О, да. Причём для многих ключей этот параметр вообще "забывают" указать. За подсказку спасибо, интересно.

Мне когда надо было быстро переключать лазеры в чипе, такая мысль тоже показалась радикальной, но в итоге я ее и реализовал.

Базу хуже - ОУ будет выходить из линейного режима, и будут выбросы тока. Для диода еще ничего, для лазера - смертельно.



Это если коммутируется схема с низким выходным сопротивлением на высокоомный вход. Если оба сопротивления относительно большие - пролезает весь импульс.

Возьмите мостовую схему от Keythley 590. Скан правда ужасный, но что-то видно. Ключи на парах дискретных транзисторов 2N4393. Полностью дифференциальная схема с трансформатороной развязкой. Конечно, формирователь управляющих импульсов меняли на CPLD. Ну и иногда добавляли еще 4 ключа с весовыми отводами на трансформаторе для того, что бы детектор не реагировал на гармонику сигнала.
ЗЫ полный даташит со схемой доступен на сайте, но качество такое же. Но можно посмотреть BOM.

А полевой транзистор добавить. Или Дарлингтон.
Резистор - в базу.
Конечно, коротить базу не очень грамотно... Диод коротить еще хорошо тем, что ток по земле не будет прыгать...
А может, прямо ЦАПом можно. Без ключей.

Так замыкать нужно так, чтобы ток через стабиллизатор изменялся незначительно. Выходной транзистор в стабиллизаторе тока сам по себе обладает высоким быстродействием и высоким выходным сопротивлением.

Вот только есть одно НО. Яркость светодиода сильно зависит от температуры, а даже саморазогрев кристалла при этом никто не отменял. На фоне этой зависимости ваши милливольты покажутся крохами. Обычно делают стабиллизацию яркости светодиода через оптическую обратную связь, или же измеряют яркость в отдельном канале и учитывают при обработке.

Спасибо, любопытно.


Дарлингтон не жалко, да толку чуть. Полевой не хотелось бы при 5-вольтовом питании ОУ.
Резистор в базу для устойчивости?
ЦАПом плохо, медленный он.


А какие ключи использовали, если не секрет?

adg884. Но там 200 мА надо было переключать.

Analog Devices рекомендует...

Спасибо. Хотя не очень-то понятно, если честно, как оно компенсирует...