一位元任職於領先的可程式設計邏輯控制器（PLC）製造商的年輕工程師滿懷熱情，正在設計一個可接受來自高阻抗感測器輸入的多通道24位元類比輸入模組。他選擇了德州儀器的24位元Δ-Σ模數轉換器（ADS125H02）、5-V基準電壓和德州儀器的精密放大器（OPA192）。
當選擇多工器時，他有三種選項：一個是德州儀器的MUX36D04和兩個來自其他供應商的多工器(MUX2和MUX3)。除了輸入漏電流規格分別為1 pA、100pA和1 nA（25°C時的典型值）外，每一個多工器規格都很相似。
起初，這位工程師認為這三個多工器看起來一模一樣，而且認為這三個多工器中的輸入漏電流低到可以忽略不計。他認為可以選擇這三者之中的任何一個，並從他的系統中獲得類似的性能。
在此博文中，你會發現他也許忽略了多工器的漏電流。
圖1所示為帶有多個感測器介面的資料獲取系統的標準框圖。
圖1：資料獲取系統中輸入信號調理單元的框圖
漏電流：默默地抵消偏移誤差
漏電流是一個重要參數，因為它在開關打開和斷開時都會導致直流誤差。多工器資料表有許多與漏電流相關的規格，包括當開關合上或斷開時流過源極管腳(IS)或漏極管腳(ID)的漏電流。圖2所示為類比開關的簡化模型。
漏電流是一個重要參數，因為它在開關打開和斷開時都會導致直流誤差。多工器資料表有許多與漏電流相關的規格，包括當開關合上或斷開時流過源極管腳(IS)或漏極管腳(ID)的漏電流。圖2所示為類比開關的簡化模型。
圖2：開關打開時的簡化小信號模型
如圖2所示，輸出電壓VOUT通常連接到運算放大器的同相端，該同相端具有高阻抗。所以為了簡單起見，工程師忽略了負載電阻RL的影響。RO是開關的導通電阻。
當開關合上時，方程式1計算由漏電流引入的電壓誤差：
當開關斷開時，漏電流流過各自的端子（漏極或源極），並在輸出端引入偏移誤差。
圖3：開關斷開時的簡化小信號模型
漏電流也隨溫度的升高而增大。所有資料表應包括漏電流與溫度的典型曲線。雖然漏電流的量很小，但在處理高輸入阻抗感測器時，它是一個非常重要的參數。所以讓我們來看看這個參數是如何影響系統性能的。
漏電流的微微安或毫微安其實是有差別的
PLC系統中的類比輸入模組經常切換pH、光學、濕度、加速度計和化學感測器等高輸入阻抗感測器。所有這些感測器都具有輸入阻抗，從幾百千歐姆到幾千兆歐姆不等。以一個典型的光感測器為例，如圖4所示。
圖4：光感測器的簡化模型
如圖4所示，分流電阻Rsh的大小從幾百千歐姆到幾千兆歐姆不等，且與溫度成反比關係。由於並聯電容的大小為幾微微法拉，所以它不重要，因此圖4中沒有顯示。
漏電流對系統精度的影響
簡單來說，假定感測器阻抗Rsh為1MΩ。對於以5V為參考的24位元系統，方程式2計算對應1個最低有效位（LSB）的最小解析度或電壓，如下所示：
請記住，工程師有三個多工器可以選擇，在表1中標記為MUX36D04、MUX2和MUX3。還要記住（25°C/85°C）時的漏電流是唯一的區別因素。對於每個多工器，漏電流流過輸入阻抗，導致偏移誤差，從而影響整個系統精度。表1簡要地介紹了多工器是如何影響測量精度的。
表1：漏電流及其與LSB的偏移誤差的關係
大多數感測器的輸出電壓都很低。由於輸入級而引入的任何附加偏移都會限制ADS125H02所能看到的最大滿量程電壓範圍。從表1可以看出，對於高精度資料獲取系統，即使幾百微微安的輸入洩漏也會對測量精度產生顯著影響。漏電流隨溫度的變化而變化，表1顯示了25°C和85°C時的偏移誤差變化。光感測器阻抗也隨光強度和環境溫度的變化而變化，因此這不僅會導致偏移誤差，還會導致線性誤差。
所以工程師不能忽略洩漏電流，因此需要選擇一個低洩漏多工器。
設計可接受高阻抗輸入的多通道類比輸入模組會有一系列的挑戰。德州儀器的MUX36S08和MUX36D04超低洩漏模擬多工器無需校準偏移誤差，簡化了類比輸入模組的設計，同時也大大減少了偏移和線性誤差。MUX36S08和MUX36D04在25°C時具有1pA的超低漏電流。圖5顯示了MUX36S08的漏電流隨溫度的變化。(有關-40°C到125°C的詳細曲線圖, 請參見MUX36S08資料表。)
圖5：MUX36S08漏電流ID(ON)隨溫度的變化
總結來說，工程師不能忽略漏電流，所以他必須選擇德州儀器的低洩漏多工器。MUX36S08和MUX36D04選項滿足低洩漏的需要，還提供低電容、低電荷注入、軌對軌運行和低功耗。
登錄並在下面發表評論，讓我們瞭解多工器您所重點關注的相關因素。
其他資源
• 借助德州儀器設計用於高壓輸入、低失真的16位400KSPS 4通道多工資料獲取參考設計，立即開始您的PLC設計或其他工業資料獲取設計。
• 查看MUX36S08評估模型
• 下載MUX36S08 TINA-TI™ 軟體參考設計。
• 查看MUX36S08評估模型
• 下載MUX36S08 TINA-TI™ 軟體參考設計。
