Wie können kapazitive Effekte beim Schalten von Signalen mit MOSFETs minimiert werden?

Möglicherweise haben Sie in dieser Konfiguration Probleme, MOSFETs als Schalter zu verwenden, da sie alle als Source-Follower fungieren . Das bedeutet, dass das Source-Potential dem Gate folgt (mit einem Offset von$V_{GS(TH)}$≈ 2 V), und der MOSFET ist daher eher ein Einheitsverstärkungspuffer als ein Ein-Aus-Schalter.

Der Ein/Aus-Zustand eines MOSFET hängt vollständig von der Spannungsdifferenz zwischen Source und Gate ab. Wie Sie es haben, variieren mit den MOSFETs auf der Signalseite des Teilers die Gate-Potentiale, die den MOSFET garantiert vollständig ein- oder ausschalten, mit dem Eingangssignal! Das Gate-Potenzial muss über jedem Extrem der Auslenkung des Eingangssignals liegen, und Sie müssen eine ganz spezielle Gate-Treiber-Hardware bauen.

Die Gate-Kapazität eines MOSFET ist nicht das Problem, für das Sie es halten. Es kann sicherlich dazu führen, dass die Ein- / Ausschaltgeschwindigkeit leidet, aber es kann in keinem Maße bestimmen, wie "ein" oder "aus" der MOSFET ist. Ich denke, in dieser Anwendung sollten Sie sich mehr mit dem "Ein" -Widerstand befassen$R_{DS(ON)}$des MOSFET.

Die folgende Schaltung ist eine kleine Anpassung von Ihnen, bei der die Transistoren und Widerstände vertauscht sind. Jetzt sind die Sources mit dem Eingangssignal verbunden, was verhindert, dass die Transistoren als Source-Folger arbeiten, aber es löst nicht das Amplitudenproblem des Gate-Steuersignals. Die digitalen Gate-Potentiale müssen garantiert höher sein als das höchste Eingangssignal, das Sie erwarten, oder$V_{GS(TH)}$weniger als das niedrigste erwartete Eingangspotential:

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Da Sie wahrscheinlich standardmäßige 3,3-V- oder 5-V-Logiksignale an den Gates verwenden möchten, um die MOSFETs ein- oder auszuschalten, müssen Sie die MOSFET-Quelle mit einem Potential verbinden, bei dem diese Logikpegel garantiert Zustände erzeugen$V_{GS} << V_{GS(TH)}$und oder$V_{GS} >> V_{GS(TH)}$. Das bedeutet normalerweise, dass ein N-Kanal-MOSFET mit seiner Source an Masse (0 V) angeschlossen wird, eine Konfiguration, die als gemeinsame Source bezeichnet wird .

Die folgende Schaltung stellt sicher, dass die MOSFETs eindeutig ein- oder ausgeschaltet sind, wenn die Gates mit Standard-Logikpegelpotentialen versehen sind. Sie verhalten sich wie Schalter, offen oder geschlossen, je nach Bedarf. Diese Einfachheit hat jedoch ihren Preis - es handelt sich um N-Kanal-Geräte, eine gemeinsame Quelle, und Ihr Sensor muss auf der hohen Seite sein:

^{Simulieren Sie diese Schaltung}

CMOS-Analogschalter sind die typische Wahl mit verschiedenen RdsOn. Je niedriger die maximale Vdd-Bewertung ist, desto niedriger ist im Allgemeinen der RdsOn von 1k bis 10 Ohm. 74HCs könnten geeignet sein https://www.mouser.com/c/semiconductors/switch-ics/analog-switch-ics/?q=4066&sort=pricing

Einzelheiten

Abhängig von der Rauschimmunität für Streu-C ziehen Sie es möglicherweise vor, die gemeinsamen Eingänge an eine Quelle mit niedriger Impedanz statt an den Eingang mit hoher Impedanz eines CMOS-Operationsverstärkers anzuschließen, der vom Sensor geladen wird.

Denken Sie an CMRR des Kabelrauschens und die Ausgleichsimpedanz als Differenzeingang. Bei einem langen Sensorkabel wird dies schwieriger.