MCU中的開關(analog switch)

　　現在MCU的技術越來越包山包海，像是聯發科或是高通，現今又要將NFC(Near Field Communication)完整的做在MCU中，但是對一個等級不高的打雜工程師來說，真的是一件頭痛的問題，因為你很有可能會碰到，IC設計工程師設計完丟給你，但是你不知道他怎麼達成這樣功能的，而衍生出後面各種問題。

類比開關電路符號

　　這次的主題是Analog Switch，或是有人稱做類比多工器，此物常見於MCU中，或是類比IC(例如:SAR)，數位IC也有部分會使用到，混訊的電路更是時常看到它，其實你會想，開關那用個繼電器不就好了，繼電器很棒只是太大了，做在IC裡面還是越小越好。

　　說穿了它是開關的一種，左圖是我們心中理想的開關，右圖則是analog switch的基本架構，首先先解釋一下作用原理，可以看到D1它控制上面那顆NMOS的gate，D2它控制下面那顆PMOS的gate，控制Vgs超過Vth就可以開啟這顆MOS並且導通，所以對一個開關來講，兩端一定有高電位跟低電位，且開關的兩端電壓差一定不會太大(太大這就變電阻了還叫開關)，所以MOS會進入triode region(|Vgs|-|Vth|<|Vds|)。

　　關鍵來了，到這裡一定會有兩個問題。

1. MOS電流不可逆流，你怎麼知道開關的兩端，誰是高電位誰是低電位。
2. 開關的兩端有電壓差?這表示這中間有電阻?

第一個問題，也是最重要的問題，我們不需要知道，D1D2兩端點給的是固定電壓，開啟時NMOS給高電位，PMOS給低電位，確保其超過Vth，但是假設此時開關的兩端也是高電位，這樣一來NMOS的Vgs就等於0，NMOS關閉，所幸還有PMOS在，可以確保通路持續暢通，反之亦然，兩個MOS並肩作戰，確保開關是壓下去的，再來就是電子學裡面，我們會把箭頭畫出來，知道MOS有箭頭的是source端，但是實際上IC製程，Drain和Source其實結構一模一樣，以NMOS來說，低電位的那端是Source，你把它反接，原本的Source就變成Drain了，有了這個特性，才可以不管電流從左到右，或是從右到左，它都可以使用。

第二個問題，中間這個電阻就是Rds(drain到source的電阻)，MOS在triode region裡面就相當於一顆電阻，既然要當開關，當然是越小越好，以下是隨便找的datasheet，可以去看看Ron的部分就是我所說的Rds，大概多小。

http://www.ame.com.tw/Product/Datasheet/AME4620.pdf

http://www.onsemi.jp/pub_link/Collateral/MC74HC4016-D.PDF

當我看到工程師使用analog switch時說

"這個開關接上了上面多了200Ω，這開關怪怪的"

我心裡想著的卻是上面這些東西，一點都不奇怪，以前要讀研究所時，大學的老師知道我不走IC設計了，他就說從系統看回IC吧，或許會有另一種感受，我想就是這種感受吧！


P.S　這個架構想自己做請小心，不要去買市售的POWER MOS來接，POWER MOS結構跟一般MOS不一樣，會有方向性的問題。