多路开关CD4016B及其在积分复位电路中的应用

1　引 言

　　在诸多的电力电子电路装置中，常常需要具有复位功能的积分器，而市面上所售芯片中却往往没有现成的芯片可以利用。本文的目的就是介绍多路开关CD4016的使用方法，给设计人员提供一款比较有参考价值的具有复位功能的积分电路。该电路已经通过试验验证，使用效果良好。

2　芯片特点与引脚说明

　　CD4016B系列为CMOS型14脚双列直插多路开关[1]，可以用于数字或模拟信号的多路传输，每个器件均有四组相互独立的开关，每个开关均有一个控制信号输入端，该多路开关可以应用于信号处理电路、斩波电路、调制电路（或解调电路）以及CMOS逻辑装置。

2.1 芯片特点

　　CD4016B型多路开关具有以下特点：

　　(1) 供电范围：-0.5Vdc~18Vdc；

　　(2) 线性传输；

　　(3) 低导通阻抗，正常工作状态下具有280Ω的导通阻抗；

　　(4) 所有输入管脚均有二极管保护；

　　(5) 低噪声；

　　(6) 输入输出无需ESD保护。

2.2 芯片引脚说明与使用注意事项

　　图1、图2分别给出了CD4016的封装图和器件的功能结构框图，四组独立的开关分列芯片两侧，其中“IN 1”（1脚） 、“OUT 1”（2脚）和“CONTRL 1”（13脚）构成一路开关，其余三路开关的组合相同。VDD（14脚）和VSS（7脚）为供电电源输入端，需要说明的是，芯片虽然具有保护电路以防高压静电和电磁场的破坏，但是在使用该芯片时采取一定的预防措施是必要的，在正常工作状态下，芯片的开关输入信号的电平值和输出信号的电平值通常设定在工作电压（VSS-VDD）范围内，

2.3 芯片的额定参数

　　为了方便设计人员设计，现将CD4016B的额定参数列于表1中。表中所列电压值均以Vss为参考电压。

3　CD4016B在积分复位电路中的应用

　　采用CD4016B型多路开关的的积分复位电路[2][3]如图3所示，积分复位电路采用反向积分电路和模拟开关来实现，当开关断开时积分器对输入信号进行积分，当复位开关控制端收到复位信号时开关闭合，电容C1被开关短路，运放反相端和同相端虚短，电容C1相当于短路接地，积分器复位。

　　本设计中运放采用MAX412，它有两组运放，是一款低电压、低噪声、高精度的运放，其单位增益带宽为28MHz。由于电路中积分器的输出电压为负，因此复位开关必须要能开断负电压。本文采用有独立四路多路开关的CD4016B，导通电阻约为280Ω，它可对工作电源范围内的模拟信号（数字信号）进行控制，由于模拟开关有导通电阻，可以起到限流作用，不会在开关闭合的瞬间产生冲击电流 ，CD4016B的控制输入端可以使用555芯片[4]来产生所需要的时钟信号。

图3 积分复位电路图

4　试验结果

　　依据前面的分析，采用图3所示的积分复位电路进行了试验研究。积分器电路参数主要就是时间

中电阻R2和电容C1的选择，在本试验中我们不妨取为：

　 　根据上式可选择电阻为： kΩ，电容为： nF。输入电压为5V的直流电压信号，试验波形如图4所示，其中CH1为积分器的输出波形，CH2为多路开关CD4016B的控制信号，即由555时钟发生器产生的积分器复位脉冲，由图4可以看出，当复位脉冲来临时（CH1的上升沿），CD4016B的开关闭合，积分器复位至零，当复位脉冲结束时（CH2的下降沿），CD4016B的开关断开，积分器开始积分。

图4 积分复位电路试验波形图

5　结 论

　　本文分析了CMOS型多路开关CD4016B的芯片特点，给出了各引脚的相关说明和注意事项，并将该芯片作为复位开关应用于积分复位电路中。试验证明，该复位电路工作可靠，结构简单，该电路曾多次应用于相关的电力电子装置中，使用效果良好。


参考文献：

[1] Texas Instrument. Datasheet acquired from Harris Semiconductor SCHS026. 2000: 48~50.

[2] 张纯江, 张秀红, 赵清林, 冯军智. 单周期控制单相功率因数校正器的分析与设计. 电力电子技术. 2002, 36(5):35~37.

[3] 龚伟. 单周期控制开关功率放大器的研究[硕士学位论文]. 重庆: 重庆大学, 2002.

[4] 康华光. 电子技术基础. 北京: 高等教育出版社. 1999.