CD4066 – CMOS (Complementary Metal-oxide-semiconductor) は、n型とp型のMOSFETを対称に、かつ相補的に組み合わせてロジック機能を実現するMOSFETの一種である。CMOSチップには、CD4017などのカウンタ、CD4028やCD4511などのデコーダ、CD4066などのアナログスイッチなどがあります。
本日は、CD4066クワッドバイラテラルアナログスイッチを学習します。
1.CD4066とは？
CD4066は、CD4000 ICファミリに属する4つのスイッチを持つCMOS ICです。アナログスイッチのカテゴリに属します。
CD4000シリーズの1つ
出典：ウィキペディア
CD4066の4バイラテラルスイッチの設計は、主にアナログまたはデジタル信号の伝送と多重化用である。
2.2.ピン構成
CD4066クワッドバイラテラルスイッチは、14ピンのICである。以下、各ピンの機能を説明します。
ピン1, 3, 8, 11 – これらは4バイラテラルスイッチの入力ピンです。
ピン10、9、4、2 – これらは、クワッドバイラテラルスイッチの出力ピンです。
13, 12, 6, 5ピン – CD4066の制御ピンです。
VCC (pin14) – 集積回路への電源です。
グランド（pin7） – ICのグランドピンです。
3.3.特徴
CD4066の仕様と特長は以下の通りです。
まず、内部抵抗が5Ωと低く、オン状態での抵抗も5Ωと低い。
コントロール端子の電圧は、Lowレベルの最大電圧は0.9V、Highレベルの最小電圧は11Vです。
また、CD4066のパッケージは、14ピンのPDIP、PDSO、またはGDIP/DIP14、SO14、TSSOP14が多く採用されています。さらに、このチップはそれぞれ4チャネルを持っています。
高リニアリティであることに加え、高いオン/オフO/P電圧比と制御i/pインピーダンスを有しています。
また、ノイズ耐性は0.45VDD、アナログスイッチングは±7.5Vのピーク・トゥ・ピークを実現しています。
そして、動作温度範囲は-55℃～125℃です。
動作電圧は3V～18Vで、スイッチング時の最大電圧は20Vです。
さらに、帯域幅は40MHzで、1:1のSPST構成になっています。
SPSTのシンボル
出典：ウィキペディア
4つのスイッチ間のクロストークが少なく、RL1kΩで-50Dbを実現しました。
また、0.4mAの大出力電流と低オフリークを実現しています。
注）CD4066とCD4016は、端子構成が非常に似ています。しかし、内部抵抗に特徴を見出すことができます。CD4016の抵抗値は200Ωですが、CD4066の抵抗値は5Ωです。そのため、CD4066Ωは主にオーディオ信号のような微弱な信号のアプリケーションに適しています。
4.4. CD4066クワッドバイラテラルスイッチはどこで使用できますか？
CD4066クワッドバイラテラルスイッチは、信号を多重化するアプリケーションや信号を分離するアプリケーションでよく見受けられます。また、バイラテラルなので、アナログ信号とデジタル信号の両方で使用することができます。
さらに、通常の動作電圧範囲である3V～18Vの他に、公称電圧15V、10V、5Vも可能です。そして、ピーク電圧は20Vまで可能です。
4チャンネルスイッチの利点は、1チャンネルスイッチICに比べて、入力電圧範囲にわたってオンインピーダンスが一定であることです。さらに，ピーク入力の電圧は完全な電源電圧と同様です。
5.CD4066 Quad Bilateralの使用方法
CD4066アナログスイッチは、デジタル制御による4つのスイッチ信号(多くはアナログ)で動作します。つまり、入力されたアナログ信号をスイッチに印加した後、制御端子の入力に進むことになる。そして、出力信号が得られます。
CD4066はバイラテラルスイッチです。したがって、逆方向と順方向で動作することができます。
そのため、各スイッチには、出力端子と入力端子の2つの端子があり、電圧の切り替えを行う。
ピン14は＋ve端子，ピン7は回路のグランド端子に接続されています。
制御入力が1の場合、スイッチ端子は低インピーダンスを発生し、スイッチオン状態となる。反対に、スイッチ入力が0の場合は、スイッチがオフになり、スイッチ端子はハイインピーダンスになる。
ここでは、理解を深めるために、CD4066 ICを使用したシングルスイッチ回路図を考えてみましょう。
必要な電子部品
CD4066スイッチIC。
直流モータ、および
電源は12Vの電池を使用します。
直流モーターをスイッチICに直列に接続しました。そして、12Vからモーターを動かすのに必要なエネルギーを供給します。さらに、スイッチICのレンジによって、5Vから18Vの電圧レンジを変化させることになります。
CD4066 ICを使用した単体回路図
回路の動作
回路をシミュレーションした結果、制御信号が不足すると、モーターが動作しなくなることに気づきました。しかし、スイッチの制御端子にハイロジックの制御信号を入力すると、モーターのスイッチが入り、回転し始めます。
このことから、スイッチの機能は、電源信号を使って制御信号を変更することであると結論づけられる。このように、スイッチング・マルチプレクサとして動作させることができます。
CD4066 4×1マルチプレクサ
2番目のアプリケーションでは、4×1マルチプレクサCD4066 ICを使用します。これは、1つの出力と4つの選択線（すなわち制御ピン）を持っています。そして、このマルチプレクサICを使った回路設計では、すべての出力ピンを共通点に接続する必要があります。
以下の回路図を見ていただければ、ご理解いただけると思います。
CD4066マルチプレクサ回路図
6.応用例
CD4066クワッドバイは、以下のような幅広い用途に使用することができます。
デッドバンドフィルタ
サンプルホールド(S&H)回路
デジタル-アナログ、アナログ-デジタル信号の変換。
電子システムにおける4入力マルチプレクサ。
アナログ信号の利得、位相インピーダンス、周波数のデジタル制御。
論理型トランスミッションゲートの実装において。
スクエルチ制御。
CMOSロジックの実装。
変調器，復調器，チョッパ，整流スイッチ．
ネットワークスイッチング。
デジタル信号とアナログ信号の多重化およびスイッチング、および
多重化処理
出典；ウィキペディア
サンプルホールド回路
まとめ
簡単に説明すると、CD4066は4つのスイッチを内蔵し、コントロールピンで離散的に制御する4バイラテラルスイッチである。バイラテラルであるのは、マルチプレクサスイッチとして順方向と逆方向の両方向に導通できるためである。
最後に、ご質問やご不明な点がございましたら、お気軽にお問い合わせください。
