 |
Qu'est-ce que vous devez savoir sur les commutateurs analogiques et des multiplexeurs
Environ vingt-cinq semi-conducteurs commutateurs intégrés analogiques, et sur cette base multiplexeurs, et de servir fidèlement les développeurs de produits électroniques. Processus de fabrication amélioré, modifié la conception de puces - tout cela a réduit la tension d'alimentation, la consommation d'énergie, la résistance à une clé publique, la charge injectée, le temps de commutation. Qu'est-ce une offre intéressante de Maxim dans ce groupe de 325 appareils.
Commutateurs et multiplexeurs d'architecture n'a pas beaucoup changé au fil des ans, mais la demande constante pour améliorer les performances oblige les fabricants à développer des dispositifs de plus en plus de nouveaux pour répondre aux besoins des développeurs. Un temps assez long que les commutateurs analogiques à l'aide MOS (métal-oxyde-semiconducteur) transistors. Avec une faible résistance à l'état supraconducteur et la résistance extrêmement élevée dans un état de points de coupure avec faible courant de fuite et de faible capacité, ils étaient presque idéales commutateurs analogiques, commandé en tension. La nécessité de commuter les signaux qui sont plus ou moins égale en grandeur à la tension d'alimentation, faites pour résoudre ce problème en utilisant des commutateurs sur les transistors complémentaires semi-conducteurs à oxyde métallique (CMOS). Le schéma bien connu de 4066 - le schéma classique du signal analogique clé dans la gamme de «terre» à une tension d'alimentation positive (la société qui publie puce Maxim MAX4066 appelé). Actionné par un signal unipolaire des circuits logiques. Un seul canal n et p-canal du transistor à effet de champ, un mode d'enrichissement, peut servir comme une clé analogique, mais sa résistance à l'état sera largement dépendante de la taille d'un signal dial-up.
Le composé à canal n et p transistor MOS à canal en parallèle à réduire considérablement cette dépendance. Vous avez seulement besoin une condition - sur et hors de ces transistors doivent être mises en œuvre simultanément. Amélioration à long terme d'une clé à base de transistors CMOS analogiques ont abaissé la tension de seuil à l'inclusion de 2.5 à 5.0 V. L'ajout d'un convertisseur de niveau autorisé à recevoir des signaux de commande de grille des transistors MOS complémentaires de niveau logique d'entrée. Dans ce cas, le commutateur analogique peut maintenant passer le niveau du signal analogique de ± 15 V. Le système de la clé moderne est montré dans la figure. A.
Dans la figure. A. Le schéma de CMOS moderne-clé
Le signal de commande est de niveau TTL logique. Dans ce cas, la clé CMOS transistors Q9 et Q10 peut transmettre des signaux analogiques au niveau de ± U fosse. Représenté sur la Figure transistors Q11 et Q12 améliore clé de travail, la réduction de fuite et de réduire la modulation de la résistance clé du canal ouvert. Ces deux transistors ne devraient jamais être exploités simultanément. Autrement, le rail d'alimentation négative est connectée à la charge et augmenter le temps interrupteur marche / arrêt. Le mode de sécurité des Q11 et Q12 transistors doit être assurée de façon constructive. Paramètres assez bonne résistance par la valeur de clé publique, les distorsions de courant de fuite et dynamique de la transmission du signal à une fréquence importante de 500 kHz sont réalisés dans le MAX3HH touches. Le meilleur moyen d'améliorer les paramètres mentionnés ci-dessus - la connexion à la parallèle existant sur puce clé. De sorte MAX351, qui a 4 touches, la connexion en parallèle d'un typiques résistance à l'état 5,5 ohms et un maximum - 11.25 ohms. Dans ce cas, la variation maximale de la résistance des principaux changements de la valeur dial-up de signal ne dépasse pas le AR extérieur ≤ 1,25 ohms.
À travers le transistor ouvert courant composer signal clé. De l'alimentation à courant ne circule pas près d'une clé. Mais pour le niveau de polarisation de la gestion courante clé est nécessaire.
L'augmentation de courant se produit à environ 0,8 V et 2,4 V, qui est associé à la transition de l'état ouvert de transistors dans un fermée (et inversement) et leur passage à ce moment dans le régime linéaire. Si la logique et la tension d'alimentation analogique sont égaux, les courants de fuite s'écoulant à travers le niveau de la puce de courant - moins de 1 uA. Pour un fonctionnement normal, la clé à des tensions différentes (par exemple 5 V et ± 15 V) est nécessaire pour mettre la source à chaque condensateurs shunt terminaux 10 uF en parallèle avec 100 nF.
Touches dynamiques d'erreur sont définis de telle sorte que le signal de commande passe par plusieurs étapes, et chacune a un retard. Ceci est particulièrement important dans les multi-canaux multiplexeurs, par exemple, 8 à 1. Il est impossible de réaliser l'inclusion de la chaîne, si elle n'est pas hors de la précédente. C'est pourquoi, dans un esprit constructif MAX338 puce est faite garantie commutateur temps de retard - au moins 10 ns. Lorsque vous tournez la clé sur et hors du signal de commande à travers la capacité des stades préliminaires de transistors injecte un peu de charge dans le canal de conduction est la clé. Cela provoque une erreur lors de l'envoi un signal à travers la clé. La valeur de la charge injectée est plus petite, plus la résistance du canal ouvert. Pour les mêmes raisons, le temps de montée et chute de signal logique à l'entrée de la plupart des régimes de MAXIM clé ne doit pas dépasser 20 ns.
Connaître les subtilités de touches de construction, leurs forces et leurs faiblesses, vous pouvez trouver les commutateurs à semi-conducteurs les plus largement utilisés et des multiplexeurs dans les équipements électroniques. Ils peuvent fonctionner sur les fréquences radio à 1 MHz et au-dessus. La plupart des commutateurs analogiques émettent une dissipation de puissance faible et nécessitent une interface simple et logique. Fonctionnement des touches dépend du signal de courant dans l'élément de commutation et pour réduire les pertes de transmission sont généralement limité à milliampères.
Pour réduire la diaphonie à des fréquences de 10 MHz et plus peuvent utiliser les touches (les MAX312 standard, MAX383, vidéo-T touches MA4545), reliés par un motif en forme de T (fig. 2). Un ou deux commutateurs sont connectés à la terre avec une faible impédance (typiquement de -40 ohm) et le rapport d'isolement excellente (-80 dB à 10 MHz). Toutefois, nous devons nous rappeler que avec l'augmentation de la fréquence de fonctionnement de la diaphonie des signaux et l'isolement sont insuffisantes.
Dans la figure. Deux. T-circuit de la fréquence du signal clé de 10 MHz
Un schéma simple d'une fréquence de 2 stabilisés résonateurs à quartz est obtenue en utilisant des puces à quatre touches (MAX 383) dans l'alimentation ± 8 ou lorsque vous utilisez MAX 411, ± 18 V.
Il peut être utile dans les commutateurs de circuits intégrés et multiplexeurs pour le réglage automatique du gain, la fréquence, de phase, ou le stress. Par exemple, si vous envoyez un signal à l'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel et la résistance de sortie pour définir une matrice cohérente, en utilisant un canal de 16 multiplexeur de type MAX 306, vous pouvez choisir parmi 16 niveaux de gain. Dans ce cas, chaque touche d'une part est relié à "posséder" la résistance et de l'autre côté de toutes les touches en même temps et relié à l'entrée inverseuse d'ampli op.
L'utilisation généralisée de commutateurs analogiques dans les systèmes audio. Lors du passage du signal à travers la clé ne doit pas être une dégradation du signal, l'introduction dans l'une quelconque des informations, de nouvelles distorsions et des vagues de phase. Complètement éviter ce n'est pas possible. Évidemment, toutes les distorsions devraient être miniminizirovany. La valeur totale du coefficient non linéaire de la distorsion (THD) est défini comme le rapport de la somme racine carrée de carrés des harmoniques deuxième, troisième et supérieur à l'amplitude de la principale (premier) harmonique. Le choix de l'analogique touche avec un minimum THD exige une chose - faible résistance à l'état (R sur) et, par conséquent, peu de résistance R inégale sur, ou la planéité.
Planéité est définie comme la différence entre les valeurs maximale et minimale de la résistance à l'état passant, mesurée dans une plage spécifiée du signal analogique. La plupart (si ce n'est pas d'indication contraire dans la documentation), la planéité est prise égale à 10% de la résistance du canal ouvert. Les distorsions sont le résultat de la connexion en parallèle des p-et transistors à canal n, qui ont des caractéristiques non linéaires de la résistance à l'état ouvert.
Dans la pratique, la distorsion maximale est définie par la relation suivante:
où R chauffage -. la charge en série avec la clé.
Dans la figure. Trois. La dépendance de la distorsion harmonique totale (THD) pour la fréquence
Dans la figure. La figure 3 montre le THD fonction de la fréquence pour MAX 4501 trois touches, MAX4544, MAX4621, et une charge d'essai R CHARGE. = 10K.
Ces graphiques montrent que les systèmes sonores pour minimiser la distorsion harmonique totale est nécessaire de choisir les clés d'une très faible résistance à l'état ouvert.
Commutateurs analogiques CMOS ne fait aucun doute, beaucoup de bonnes qualités, de sorte que la plupart des développeurs à les considérer comme la norme et utilise une grande variété d'applications.
Nous attirons l'attention sur certains paramètres techniques clés. Aujourd'hui il ya beaucoup de commutateurs analogiques, en collaboration avec une alimentation basse tension simple. Et commutateurs basse tension sont utilisés avec une alimentation unique et signaux logiques sur les normes et les niveaux de CMOS TTL. Mais il ya aussi des touches que les travaux sur l'alimentation de ± 15 V ou ± 12 V. Pour la gestion nécessaires d'une autre source de nourriture, marquée par la L V, qui est habituellement de 5 V ou 3,3 V.
Si le signal logique est à V + (V ou L, le cas échéant), puis à travers les commutateurs analogiques est essentiellement un courant circule de la source d'alimentation. L'application de niveaux TTL avec pyativoltovom tension V L, peut augmenter le courant de l'alimentation de plus de 1000 fois. Pour éviter une consommation inutile d'énergie à partir de la source d'alimentation, vous devriez éviter d'utiliser des niveaux TTL - l'héritage des années 1980.
Le temps de commutation (t-vkl. et t-arrêt.) Pour la plupart des commutateurs analogiques dans la plage de 60 nsec. jusqu'à 1 ms.
Pour "" besschelchkovyh entreprises commutateur Son temps de commutation MAXIM est porté à l'ordre de la milliseconde, ce qui permettra d'éliminer les clics audibles.
Ainsi, nous voyons que pour la transmission du signal avec une distorsion minimale devrait être une résistance minimale à l'une des touches en état ou la charge maximale sur la touche de sortie. Prenons un autre aspect de commutation - l'effet de l'injection de charge. Pour de faibles valeurs de R ON est l'extension nécessaire de la chaîne. Le résultat est une grande capacité d'entrée et la taxe correspondante: une augmentation de la dissipation de puissance du courant de charge - cycle de décharge dans chaque commutation. La constante de temps de charge t = R x C dépend de la résistance (R ON) et capacité (C) de charge. Habituellement, il dure quelques dizaines de nanosecondes, mais à faible résistance commutateurs ont une durée plus longue des sous et hors tension. Touches avec un R de haute plus vite. MAXIM offre deux types de clés - avec le même brochage et le même package SOT-23. MAX4501 MAX4502 et avoir une résistance R de haute ON, mais un peu de temps on / off switch MAX4514 ont une plus faible résistance R ON, mais plus le temps de commutation.
Une autre conséquence négative de la faible résistance des touches - un niveau plus élevé de l'injection de charge provoquée par l'augmentation du niveau de courant à travers la capacité de grille. Ceci est particulièrement important lorsque vous utilisez les touches dans la sélection du périphérique / de stockage pour des changements précis dans l'ADC.
Protection des clés de la charge électrostatique (ESD) sur la base du MAXIM'a réalisations dans ce domaine. Ils sont autorisés à augmenter la protection des nouveaux commutateurs analogiques jusqu'à ± 15 kW sur les recommandations de la norme IEC 1000-4-2 niveau 4 (niveau le plus élevé). Toutes les entrées analogiques pour l'EDD-tests en utilisant un modèle du corps humain, ainsi que le contact et décharge à travers un espace d'air, la méthode spécifiée dans la norme IEC 1000-4-2.
Ainsi, produite Touches MAX4551 MAX4553 -, les broches compatibles avec la plupart des puces quatre principaux tels que DS201/211, les MAX391, etc Vous n'avez pas besoin de faire protéger les entrées analogiques avec des diodes de limitation coûteux, comme la protection contre les décharges électrostatiques (jusqu'à 15 kV) incorporé dans les commutateurs de circuit et des multiplexeurs.
Le prochain long métrage important de noter à touches modernes. Typiquement, la plage autorisée de la tension de signal d'entrée est limité à la tension sur les bus d'alimentation. Si le signal analogique est supérieure à la tension d'alimentation, puis les diodes parasites inverse courant circule. Lorsque ce courant n'a pas de limite, l'appareil dus aux accidents de la surchauffe. Par conséquent, la plupart des anciens commutateurs et des multiplexeurs peuvent fonctionner avec des courants ne dépassant pas 10 ÷ 20 mA.
Nouveau touches MAXIM'a ont une protection intégrée contre les pannes quand ils gardent des performances jusqu'à ± 25 V (certains jusqu'à 36) de la puissance du signal d'entrée est de 15 V et ± 40V hors tension. Dans ce cas (surtension) au signal d'entrée analogique prend la clé état de haute impédance, indépendamment de la clé ou la résistance de charge. Seulement nA composante de fuite de courant peut circuler à partir de la source. Il est un fait très important: les touches n'ont pas besoin d'une tension afin notamment l'offre et de la tension du signal analogique. Même lorsque l'alimentation est coupée il n'ya pas de ventilation de la clé en un signal analogique. A l'abri de la répartition des touches MAX4511 MAX4513 est ÷ compatible broche à broche avec le DS411 DS413 ÷.
Dans un article de journal bref il est impossible de faire une description détaillée de toutes les propriétés clés et des multiplexeurs. Tout le monde qui est intéressé par de telles informations, je vous propose de visiter www.maxim-ic.com le site ou le site du distributeur officiel de Mahim - société Rainbow Technologies. À ces endroits, vous trouverez beaucoup de choses utiles pour la sélection et l'utilisation appropriée de ce type d'équipement.
|