Аналоговые мультиплексоры

Аналоговые ключи и мультиплексоры VISHAY

19 сентября 2008

Цифровые коммутаторы обеспечивают переключение и передачу двоичных (бинарных) сигналов. Несмотря на функциональное сходство между цифровыми и аналоговыми ключами, требования к последним сильно отличаются от требований к цифровым переключателям, что приводит к совершенно другим подходам, с помощью которых следует разрабатывать и выбирать аналоговые ключи и мультиплексоры.

Основным ключевым элементом этих устройств является МДП-транзистор (MOSFET). Благодаря низкому сопротивлению в замкнутом состоянии, высокому сопротивлению в режиме отсечки, низким токам утечки и малым паразитным емкостям, МДП-транзисторы с успехом используются в качестве аналоговых ключей, управляемых напряжением. Некоторые применения аналоговых ключей и мультиплексоров показаны на рисунке 1.

Рис. 1. Возможные применения аналоговых ключей и мультиплексоров

В портативных устройствах аналоговые переключатели используются для коммутации входных и выходных сигналов. С помощью аналогового мультиплексора можно из одноканального АЦП сделать многоканальный. Два аналоговых мультиплексора, например, DG408 позволяют создать усилитель с управляемым коэффициентом передачи и несколькими входами для коммутации сигналов с нескольких источников сигнала, например, датчиков.

Каждый электрик должен знать:  Кабель ВВГ технические характеристики, расшифровка, сечения

Аналоговый коммутатор с идеальными характеристиками должен вести себя как выключатель или переключатель, то есть передавать сигнал в нагрузку без потерь и нелинейных искажений в широкой полосе частот. Обеспечить близкие к идеальным передаточные характеристики у аналоговых ключей непросто (см. рисунок 2). Одиночный N-канальный или P-канальный МДП-транзисторы могут использоваться в качестве аналогового ключа, однако сопротивление одиночных транзисторов во включенном состоянии Ron будет сильно зависеть от величины коммутируемого сигнала. Сопротивление Ron можно существенно уменьшить, если включить комплементарные полевые транзисторы параллельно и управлять ими парафазными сигналами со входа и выхода инвертора, что обеспечивает практически одновременное включение и выключение этих ключей. Зависимости сопротивлений Ron от уровня входного сигнала показаны в нижней части рисунка 2.

Рис. 2. Механический и аналоговый ключи и зависимости сопротивлений аналоговых ключей от Uвх.

Каждый электрик должен знать:  Обмоточные и высокочастотные обмоточные провода

Искажения при передаче сигнала в аналоговых ключах определяются следующими факторами:

  • ненулевое сопротивление ключа во включенном состоянии и его конечное значение в выключенном режиме;
  • нелинейная зависимость сопротивления ключа от напряжений на управляющем и информационном входах;
  • ограничение по амплитуде и полярности коммутируемого сигнала на входе;
  • взаимосвязь между коммутируемым и управляющим сигналом (свой вклад в это вносят паразитные емкости и токи утечки).

Динамические погрешности аналоговых ключей возникают из-за задержки сигналов управления, проходящих через несколько каскадов. Этот фактор особенно важен в мультиплексорах, так как нельзя допустить включение канала пока не выключен предыдущий. Поэтому в многоканальных аналоговых коммутаторах схемными методами обеспечивают гарантированную задержку для невозможности одновременного включения двух или более каналов. При переключении аналогового коммутатора сигнал управления через паразитные емкости ключа инжектирует некоторый заряд (charge injection) в проводящий канал ключа. Это приводит к искажениям сигнала при передаче сигнала через ключ, что особенно ощутимо для высокочастотного спектра входного сигнала. Величину инжектируемого заряда для каждого аналогового ключа производители обязательно указывают в своей документации.

Каждый электрик должен знать:  Динамическое торможение двигателя

На рисунке 3 показаны основные конфигурации аналоговых ключей фирмы Vishay.

Рис. 3. Основные конфигурации аналоговых ключей и мультиплексоров Vishay

Наибольшей популярностью у разработчиков пользуются одиночные аналоговые мультиплексоры 8:1 и сдвоенные мультиплексоры 4:1. Среди аналоговых ключей наиболее востребованы конфигурации SPSTx4, NO (счетверенные нормально разомкнутые — схемы и расшифровки приведены на рисунке 3), счетверенные нормально замкнутые SPSTx4, NC, одиночные и сдвоенные переключатели SPDTx1 и SPDTx2. Серии аналоговых ключей и их основные свойства приведены в таблице 1, а основные параметры наиболее популярных и перспективных аналоговых коммутаторов сведены в таблицу 2.

Таблица 1. Серии аналоговых ключей и мультиплексоров VISHAY и их основные свойства

Добавить комментарий