Cualquier forma de construir multiplexores analógicos utilizando MOSFET o JFET o BJT

Aquí está mi requisito:

Necesito un interruptor analógico que pueda hacer SPST / DPST / DPDT con muy baja resistencia de encendido (<10mOhms). Habría corriente que fluye a través de este interruptor, aunque en el rango de <10mA. Esta corriente SÍ necesita fluir y, por lo tanto, entiendo que no puedo usar ningún conmutador almacenado (?). Quiero que la caída de voltaje en el interruptor sea absolutamente mínima, muy crítica. Efectivamente, quiero que el mismo voltaje que se ve en la entrada esté presente en la salida, al tiempo que permite que fluya una pequeña corriente.

El requisito de la resistencia de encendido muy baja es un esfuerzo por mantener los errores de voltaje por debajo de 0.1 ppm vistos en la salida. Esto es para un circuito de instrumentación de precisión donde los interruptores seleccionan varias redes de resistencia de rango. Actualmente, estos interruptores son mecánicos y los contactos están chapados en oro. Pero quería ver si puedo usar interruptores de estado sólido en un esfuerzo por permitir que el instrumento esté más automatizado.

Entiendo que esto parece algo difícil y podría ser casi imposible, pero quería ver si alguien tenía alguna idea.

Aquí está mi pregunta / problema:

Un MOSFET Mux parece ser el candidato ideal y lo es, excepto que el R-ON más bajo que pude encontrar fue de alrededor de 250 mOhms. Esto introduce errores en el rango de 2-3 ppm.

Y, por lo tanto, lo primero que estaba viendo era hacer mi propio MOSFET Mux usando MOSFET discretos. El problema que tengo es que parece que no puedo encontrar un MOSFET de 4 pines con un pin de cuerpo dedicado. Tengo entendido que para construir un Switch / Mux MOSFET, necesita que el pin del cuerpo del N-MOS esté conectado a VSS y del P-MOS a VDD.

También eché un vistazo al uso de JFET de serie como interruptores, pero exhibieron una caída de voltaje significativa a través del FET.

1. ¿Hay alguna manera de construir un MOSFET Mux / Switch con MOSFET convencionales que tengan su cuerpo conectado a la fuente?
2. ¿Alguien sabe de MOSFET de 4 pines (con la fuente y el cuerpo desconectados) y si hubiera alguna terminología específica que pudiera usar para encontrarlos?
3. ¿Hay algún otro tipo de FET / BJT que pueda usarse para lograr lo que quiero?
4. ¿Alguien sabe de los relés mecánicos R-On bajos?

Gracias por toda tu ayuda. Avísame si este es un esfuerzo inútil :)

El circuito para un MOSFET Mux / Switch con pin de cuerpo separado.

Interruptor serie JFET

Aquí hay dos muxes analógicos basados ​​en NMOS. No sé cómo se ve esquemáticamente su red de resistencias, pero supongo que sabe cómo unirlas y hacer que funcione. Así que te dejaré ese problema.

Enlace a simulación interactiva

Puede hacer una puerta de transmisión (TG) uniendo la fuente y la puerta de 2x NMOS.

Si la entrada vive entre -5 V y 5 V, entonces necesita tirar de la puerta por encima de 5 V + el voltaje del umbral de la puerta, que en este caso es de 1.5 V. Pero cuanto mayor sea la puerta por encima del voltaje del umbral de la puerta, menos Rd ( en) tendrás. Elegí 12 V porque encenderá el TG con fuerza.

Para apagarlo, simplemente jale la puerta alrededor del piso del voltaje de entrada, -3.5 V hará que el TG comience a apagarse. Entonces elegí -5 V.

Luego, hay otros NMOS para actuar como álgebra booleana + convertidores de nivel lógico para convertirlo en un mux analógico funcional.

Preocupaciones con este circuito que debe saber sobre:

• La puerta a la fuente de voltaje volará por todo el lugar, todo desde 17 (12 + 5) V a -10 (-5-5) V. Puede ser difícil encontrar un NMOS con esas clasificaciones de voltaje. No lo he comprobado, pero pensé en mencionarlo.
• No tengo ni idea de si introducirá menos de 1 ppm de errores, me gusta diseñar circuitos, así que lo hice porque fue divertido. Si quisiera ser profesional al respecto, exigiría su esquema de red de resistencia. Quizás haya una forma completamente diferente de resolver su problema que sea mucho más realista. Quién sabe.
• NMOS y todos los demás MOSFET capacitancias, por lo que está introduciendo bastante capacitancia a su señal, tal vez su señal sea bastante CC, tal vez sea CA, quién sabe. Tal vez pueda encontrar un NMOS con bajas capacidades.

Enlace a simulación interactiva

Esta versión utiliza dos amplificadores operacionales para configurar la puerta a la fuente de voltaje. De esta manera no verá 17 V y -10 V entre la puerta y la fuente. Es más fácil encontrar este tipo de NMOS. Ahora puedes comprar NMOS de nivel lógico. El problema con el nivel lógico NMOS es que generalmente tienen un voltaje máximo muy bajo de puerta a fuente y un voltaje de drenaje a fuente.

El 100 nF solo está ahí para la simulación, en el mundo real quizás tengas alrededor de 500 pF, que es una parte del NMOS que no puedes eliminar.

La resistencia que va del amplificador operacional a las compuertas debe estar allí para que la conviertas en un filtro de paso bajo. Podría agregar los 100 nF, en caso de que los amplificadores operacionales sean demasiado lentos o demasiado rápidos. Creo que puede haber oscilaciones si no hay un filtro de paso bajo. No es 100% seguro.

Preocupaciones con este circuito que debe saber sobre:

• Si su señal analógica tiene frecuencias altas, entonces los amplificadores operacionales podrían tener problemas para seguirla y dañarán el voltaje en la puerta. Así que asegúrese de que el ancho de banda de sus amplificadores operacionales esté por encima de las frecuencias con las que esté trabajando.
• Cuando configura la entrada a 0 V, lo que significa que desea 0 V a través de una puerta a la fuente, entonces no llegará a 0 V porque el TG se desactiva cuando la puerta a la fuente está por debajo del voltaje de umbral. Puede ver esto en la imagen de arriba, donde lo configuré en 0.5 V y obtuve 1.384 V en su lugar. Se apagó solo a 1,5 V y luego flotó aleatoriamente hacia abajo.

Si alguien más ve algún error o problema obvio en mis circuitos, cuéntamelo. Me encantaría escucharlos.