随着诸如mp3播放器、个人媒体播放器等便携音频产品和高端智能手机的流行，在这些便携设备中，具有不同音频功能的芯片越来越多。音频信号的流向不再是简单地从解码芯片到功放再到喇叭或耳机，音源增多了，信号的流向也多了。在这些应用中，模拟开关以其低功耗、方便使用的特点而大显身手。但是市场上有各种各样不同性能的模拟开关，模拟开关中各种各样的参数会对音频信号造成影响，因此，如何从理论上保证音频指标就显得非常重要。这就要求工程师了解cmos模拟开关的结构和工作原理，正确选用，正确设计电路以避免负面影响。

cmos模拟开关的基本结构
模拟开关的基本结构如图1所示，两个增强型的pmosfet和nmosfet并联在一起，在控制信号的作用下，同时打开或关闭。
在mosfet导通时，其特性类似于一个随输入电压变化的可变电阻。pmos和nmos的导通电阻分别可以用下列方程来描述，其中l和w是沟道长度和宽度，mn和mp是电子和空穴的迁移率，vgs是栅源电压，cox是氧化层电容，vt是mosfet的阈值电压。

pmos和nmos的导通电阻随输入电压的变化如图2所示，它们的并联电阻就是cmos模拟开关的导通电阻，从图上可以看到，当输入电压在vss和 vcc中间附近时，导通电阻比较平坦；输入电压向两边变化时，导通电阻会逐渐增大并出现峰值，然后又逐渐减小。

模拟开关导通
电阻的影响
既然cmos模拟开关在电路中相当于一个电阻，信号在模拟开关的导通电阻上就会有压降。在麦克风等音频输入通道上，由于一般音频编解码器或放大器的输入阻抗较高，模拟开关的导通电阻对信号的影响很小，因而可以选用导通电阻相对较高的模拟开关；相反，在输出通道上，当输出驱动低阻抗的耳机或喇叭时，这时候的输出电流很大，就必须使用导通电阻小于1w的模拟开关，以防止模拟开关上有较大的压降，造成信号的衰减。
确定了一定数值的导通电阻，还有两个非常重要的参数要考虑-导通电阻平直性以及通道间的匹配程度。对音频信号的处理来说，信噪比s/n和总谐波失真(thd)是两个非常关键的指标，标志着音频产品的品质。在设计时，通常会非常关注信噪比，却由于运放具有非常优越的线性而对thd有所忽视，但是模拟开关的导通电阻平直性恰恰就会影响thd。从图3这一模拟开关的等效电路中可以看出，输入信号为振幅为vp的正弦信号vpsinwt，输出变为rload/(rload+ron)sinwt。由于ron不是一个常数，它随vin变化，因此输出自然就不再是正弦波。谐波分量幅值的均方根值与基波幅值的比就是谐波失真。工程上，模拟开关的芌on/ron会高达40%，如果此时ron=0.5w，rload=8w，由于电阻平直性造成的thd将高达2.5%。maxim的低导通电阻模拟开关都具有非常好的电阻平直性，比如max4684，导通电阻在2.7v供电下最大只有0.5w， 芌on只有0.15w；max4714在3v供电下，导通电阻最大只有0.8w，芌on只有0.18w。
当考虑立体声输出时，不同通道间电阻的一致性非常重要，差的通道电阻一致性会使左右输出不平衡，不仅使左右声道的输出功率发生变化，还容易使立体声产生的音乐空间位置感遭到破坏。

供电电压对信号
电平的限制
在很多的设计中，由于输出接口数量的限制，经常有复用输出引脚或输入输出，比如图4就是在一个mp3播放器中，一个usb口同时充当了立体声耳机的输出口，usb传输时发送和接收的是正电平信号，换为音频输出时，其信号相对于地信号是正负电平，因此，此时的模拟开关必须能通过负电平。在单电源供电的cmos模拟开关结构中，输入输出端口上都有一个寄生的二极管，所以普通结构的模拟开关在单电源供电时只能通过-vd~vcc+vd的电压(vd是寄生二极管的正向压降，通常小于1v)，这就限制了要通过的音频信号的幅度，当音频信号幅度超过+/-vd时，负电平将被箝位在-vd。另一方面，从导通电阻的形成中可知，输入电压在供电电压附近时，导通电阻有一个峰值，因此相对于同样的工作在vcc/2直流电平上的信号，无形中增加了输入电平从负电平到正电平的导通电压的变化量，导致更大的谐波失真。
解决这一问题的关键是把模拟开关能通过的电平的中心点从vcc/2往下移，一个办法是采用正负供电，但是在单电源供电的系统中，增加负电源不仅会增加费用和板面积，而且产生负电源的dc/dc变换器还会带来开关噪声。另一个思路是让单电源供电的模拟开关通过负电平，max4672就是体现这一思路的创新产品，它能通过的信号电平从vcc-5.5v到vcc，在一般变携产品最常用的3v供电电压下，它刚好能通过-2.5~3v的音频信号。

输出pop/click抑制
对于单端输出的耳机功放，总要采用很大的隔直电容，由于电容两端的电压不能突变，因此在上电的瞬间，功放输出的直流偏置电压就直接通过隔直电容作用在耳机上，造成开机pop噪音。另一方面，如果在模拟开关切换过程中存在直流阶跃电压，也会出现切换时的咔嗒声。利用在模拟开关的输入端对地接电阻的方法，完全可以在打开音频通道前使电容完成充电或放电过程，然后再连上耳机，如图