低噪声，低失真模拟多路复用

我正在尝试设计一种用于多路复用模拟（音频）信号的低噪声，低失真，低成本运算放大器电路。经验，研究和一些试验已经使我了解到以下组件以及适当的低噪声电源的组合：

• NE / SA5532A双路低噪声运算放大器（数据表）
• HEF4053B模拟CMOS开关（数据表）

这个问题本质上是关于集成交换机的。我确实知道继电器是CMOS开关的替代产品，但是其成本大约是其5到10倍，因此在本设计中并不是真正的选择。

已经有罚款的问题与有关使用（可切换）可变增益，如运算放大器电路明智的答案在这里。顾名思义，这个问题与这个问题无关。但是请允许我，让我对其进行详细介绍。

考虑具有可变增益的该电路：

开关在该电路中的位置是完美的。它们处于地平面，因此没有偏移会影响开关电阻。结果，在该位置，开关不会产生调制失真。

在信号路径中，开关也远离敏感的运算放大器输入引脚。Rin，Rf，Rg1和Rg2都可以非常靠近输入引脚放置。如果开关位于运算放大器的输入端，则将不可能。

现在到我的问题的真正核心。这里有4种不同的输入多路复用可能配置，它们都没有接近可变增益解决方案上面的理想配置。

U3周围的电路是完整的，但这是最不明智的。

在U2和U4周围的电路中，开关看到可变的电压电平，这将导致调制失真。

U1周围的电路将开关置于虚拟地，但是它们的位置也在反相输入引脚上。过去我已经实现了这一点，根据经验，这种布局会导致很高的噪声敏感性。我不是在谈论电路的固有噪声，而是来自周围电子设备的噪声。

我的问题是，是否有人有可以做出最佳折衷的经验，或者可以提出可以规避此处总结的缺点的任何技巧，或者可以提出可以实现同一目标的巧妙，不同的示意图。

编辑

在回答和评论中，涉及了主要问题的几个方面。从本质上讲，我是在询问最佳拓扑，它已朝着开关特性（导通电阻，线性，关断电容）和混合配置的副作用（节点充电导致开关时产生弯曲），串扰等方面漂移。 ..

我对所有这些问题都非常清楚，我可能已经过分简化了这个问题，以求清晰和集中。

Andy aka提出了宝贵的考虑，我将继续进行下去，但是建议的解决方案与我过去所做的完全一样，但成功的程度比我期望的要差。

τεκ提出了一个简单但有趣的替代方法，我也会研究。

我的中间结论是，我将尽力掌握《道格拉斯·塞尔夫》有声读物。我将深入研究开关和FET的属性，并尝试模拟它们在不同拓扑中的影响。这可能会带来新的见解，我将进行报告。最后，我将最终确定不同解决方案的原型。因此，可能需要一些时间，但是我将提供新的见解并进行报告。

选择：

^{模拟该电路 –使用CircuitLab创建的原理图}

缺点：

• 根据导通电阻与Rg的比率输入泄漏
• 断态电容会导致频率响应失真

优点：

• 开关状态线性度并不重要。
• 开关状态电阻通常很高，可以忽略不计。
• 如果输入电压足够低，则开关可以是单个MOSFET。

您尚未考虑的一个方面是，在使用反相混频器的情况下，混频节点是虚拟地球，因此您将输入电流“混合”，而每个输入电流都“沉入”虚拟地球。这提供了一个主要好处：-

Very little cross talk between one input signal and another.

$^1$

在这样的混频器中，混频节点的所有输入都受其影响很大，因此我会选择使用U1的电路。是的，在混合节点上会有更大的接地电容，这会引起高频噪声，但是会有大量输入，这是所有模拟混频器都面临的问题，因此，请选择输入噪声低的运算放大器电压密度，并准备在Rf两端添加一个并联电容器。

您还必须记住，在高音频频率下，模拟开关不是开路的，并且仍会听到来自被认为已关闭的输入的一些高频谱噪声。

$^1$

经过一些模拟，我实际上已经详细阐述，构建和调整了τεκ解决方案，并取得了很好的效果：

NE5532是我实际使用的运算放大器。不用管原理图中的FET。我已经测试了几种FET，范围从Rdson = 40 mOhm到10 mOhm，并且串扰仅适用于10 mOhm FET。这些很容易找到。请注意，它们需要在4.5V电压下完全打开，因为我想通过一个5C容差开路集电极输出的µC进行控制。

这种设计是噪声和串扰之间的折中方案。电阻同时缩放，R13和R16与Rdson的关系决定了串扰（泄漏），而R13，R15，R16，R18的影响决定了热噪声。从1k ohm到2k ohm的变化清晰可见。

这显然不适用于直流耦合系统，因为FET的功能都是中轨偏置的。

为了不受周围电路的影响，非常好的中轨去耦非常重要。

但是上面的原理图具有调整多路复用的功能，没有任何可听见的失真，并且噪声和串扰绝对最小。

万一有人怀疑，R14和R17在那里是为了定义FET漏极处的电压。否则，该电压将取决于耦合电容器的泄漏。

请记住，这种多路复用器版本具有一个难以解决的主要缺点：当关闭任何FET时，输出会产生巨大的蠕动。这是因为将FET漏极拉至地会干扰DC偏置。在达到新的平衡之前，这会通过连接帽过渡。但这在我的应用程序中不是问题，因为在多路复用器切换期间，输出将短暂地数字静音。

对于价格，我无法想象有更好的选择，缺点是可以控制的，而噪音和声音却是一流的。