Ce que vous devez savoir sur les commutateurs analogiques et multiplexeurs

A propos de vingt-cinq commutateurs analogiques intégrés semi - conducteurs, et des multiplexeurs basés sur eux, et de servir fidèlement les développeurs de produits électroniques. Amélioration du processus de fabrication, a changé la conception de puces - tout cela a permis de réduire la tension d'alimentation, la consommation d'énergie, la résistance clé publique injectée le temps de transfert de charge. Quelles sont les offres intéressantes raffermissent Maxim dans ce groupe de 325 appareils.

commutateurs Architecture et multiplexeurs n'a pas beaucoup changé au fil des ans, mais la demande constante pour améliorer les performances oblige les fabricants à développer de plus en plus de nouveaux appareils pour répondre aux besoins de développement. Assez longtemps pour utiliser MOSFET (Metal Oxide Semiconductor) transistors en tant que commutateurs analogiques. Avec une faible résistance à l'état conducteur et l'état de résistance extrêmement élevée aux points de coupure avec une faible fuite et de faible capacité, ils sont des commutateurs analogiques presque idéales, la tension contrôlée. La nécessité de signaux de commutation, identiques ou similaires en valeur à la tension d'alimentation, faites pour résoudre ce problème à l'aide des commutateurs MOSFET complémentaire (CMOS). régime Connu 4066 - le schéma classique du commutateur analogique pour les signaux dans la gamme de «terre» à la tension d'alimentation positive (société Maxim fabrique cette puce appelée MAX4066). Géré par le signal unipolaire à partir de circuits logiques. Un canal n ou à canal p FET unique fonctionnant en mode de mise en valeur, la clé peut être analogique, mais sa résistance à l'état est fortement dépendante de la grandeur d'une tonalité.

Composé transistor MOS à canal n et à canal p en parallèle réduit fortement cette dépendance. Vous avez seulement besoin une condition - activation et la désactivation de ces transistors doivent être effectués simultanément. L'amélioration à long terme du commutateur analogique à base de transistors CMOS ont abaissé le seuil de commutation des tensions jusqu'à 2,5-5,0 V. L'ajout du convertisseur de niveau autorisé à recevoir des signaux de commande de grille des transistors MOS complémentaires sur les signaux de niveau logique d'entrée. Dans le même temps, l'interrupteur analogique peut maintenant changer le niveau du signal analogique de ± 15 V. Le schéma de la clé représentée sur la figure moderne. 1.


Fig. 1. Le schéma de moderne CMOS-clé

Le signal de commande a une logique de niveau TTL. Ce commutateur CMOS transistors Q9 et Q10 peuvent passer des signaux analogiques Niveau fosse ± U. Montré dans le schéma des transistors Q11 et Q12 améliorer la clé clé de travail pour réduire les fuites et de réduire la modulation de la résistance du canal ouvert. Ces deux transistors ne doivent jamais être allumés simultanément. Dans le cas contraire, le bus négatif de l'alimentation est connectée à la charge et d'augmenter la marche / arrêt sur le temps. Mode de sécurité de fonctionnement des transistors Q11 et Q12 devrait être fournie constructive. Assez de bonnes options sur la valeur de la résistance clé publique pour les courants de fuite et les distorsions dynamiques de la transmission d'un signal important à une fréquence jusqu'à 500 kHz sont réalisées dans les touches MAX3HH. La méthode la plus simple pour améliorer les paramètres ci-dessus - la connexion en parallèle de touches disponibles sur la puce. Alors MAX351, qui dispose de 4 touches, dans le raccordement parallèle a une résistance typique en état de 5,5 ohms et maximum - 11,25 ohms. Dans ce cas, la variation maximale de la résistance des principaux changements du signal dial-up valeur ne dépasse pas le AR extérieur ≤ 1,25 ohm.

actuelle ligne de signal circule à travers le transistor clé ouverte. Du courant d'alimentation dans le commutateur flux peine. Mais pour les niveaux de polarisation et de contrôler les principaux besoins actuels.

Une augmentation du courant se produit quand une tension d'environ 0,8 V et 2,4 V, en raison de la transition entre les transistors ouvert à fermé (et vice versa) et la transition à ce moment en mode linéaire. Si la logique et analogique tension d'alimentation sont égaux, alors les courants circulant à travers la puce au niveau de courant de fuite - moins de 1 uA. Pour un fonctionnement normal de la clé avec des tensions différentes (par exemple, 5 V et ± 15 V) nécessaires à chaque borne de source pour mettre les condensateurs shunt 10 uF en parallèle avec le 100 nF.

les touches d'erreur dynamique sont définies par le fait que le signal de commande passe par plusieurs étapes, et chacun a un retard. Ceci est particulièrement important dans les multiplexeurs multi-canaux, par exemple 8 à 1. Ici, la commutation du canal ne peut pas être réalisé à moins que l'arrêt précédent. Voilà pourquoi, dans le MAX338 à puce constructive payé une commutation de latence garantie - au moins 10 nanosecondes. Lorsque vous activer et de désactiver le signal de contrôle clé à travers la capacité des transistors étapes préliminaires injecte une certaine charge dans la clé de canal conducteur. Cela provoque une erreur dans le signal de transmission à travers le commutateur. La quantité de charge injectée est plus petite, plus la résistance du canal ouvert. Pour les mêmes raisons, le temps de montée et de descente du signal logique à l'entrée de la plupart des régimes clés MAXIM ne doivent pas dépasser 20 ns.

Connaître les subtilités des clés de construction, leurs forces et leurs faiblesses, vous pouvez trouver des commutateurs les plus largement utilisés semi-conducteurs et des multiplexeurs dans les équipements électroniques. Ils peuvent fonctionner à des fréquences radio jusqu'à 1 MHz et plus. La plupart des commutateurs analogiques émettent une petite dissipation de puissance et nécessitent une interface logique simple. Touches de commande dépendent du courant de signal dans l'élément de commutation et pour réduire la perte de transmission est généralement limitée milliampères.

Pour réduire la diaphonie à des fréquences de 10 MHz ou plusieurs touches peuvent être utilisées (standard MAX312, MAX383, clés vidéo T MA4545), reliés par un motif en forme de T (Fig. 2). Un ou deux commutateurs sont connectés à la masse à faible résistance (typiquement -40 ohms) et un excellent rapport d'isolation (-80 dB à 10 MHz). Cependant, nous devons nous rappeler que, avec l'augmentation de la fréquence de travail de la diaphonie du signal et l'isolement ne sont pas satisfaisantes.


Fig. 2. en forme de T circuit de commutation de clé pour une fréquence de signal de 10 MHz

Un circuit oscillateur simple dans deux résonateurs à quartz de fréquence stabilisée obtenus en utilisant la puce avec quatre touches (MAX 383) à ± 8 V alimentation ou lorsque vous utilisez MAX 411, ± 18 V.

Il peut être des commutateurs de circuits intégrés très utiles et des multiplexeurs lorsque le réglage automatique du gain, la fréquence ou la tension de phase. Par exemple, si vous envoyez un signal à l'entrée non-inverseuse de l'amplificateur opérationnel et la matrice résistive cohérente de sortie réglée, vous pouvez utiliser 16 canaux multiplexeur de type MAX 306, vous pouvez choisir parmi 16 niveaux de gains. Ainsi, chaque touche d'une part, est reliée à "propre" de la résistance, et le deuxième côté des touches est associée et reliée à l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel.

L'utilisation généralisée de commutateurs analogiques dans les systèmes audio. Avec le passage du signal à travers le commutateur ne doit pas être une dégradation du signal, l'introduction dans ce de toute nouvelle information, la distorsion des formes et des phases des ondes. Complètement éviter cela est impossible. Il est évident que toutes les distorsions doivent être miniminizirovany. Valeur totale de la distorsion harmonique totale (THD) est défini comme le rapport de la racine carrée de la somme des carrés des deuxième, troisième et des harmoniques à la valeur du principal (premier) harmonique. Sélection du commutateur analogique avec un minimum nécessite un THD - faible résistance à l'état (R sur) et par conséquent une faible résistance R sur des surfaces inégales ou planéité.

Platitude est défini comme la différence entre les valeurs maximales et minimales de la résistance à l'état ouvert, mesuré dans la plage de signal de consigne analogique. Souvent, (sauf indication contraire spécifiée dans la documentation), en prenant la forme plate de 10% de la résistance du canal ouvert. Distorsions sont le résultat de la mise en parallèle des p- et à canal n transistors qui ont des caractéristiques de résistance non-linéaire dans l'état ouvert.

En pratique, les distorsions non linéaires du maximum est déterminé par la relation suivante:


où R chauffage. - La charge en série avec la clé.


Fig. 3. Dépendance de DHT (THD) pour la fréquence

Fig. 3 montre le THD fonction de la fréquence pour les trois touches MAX 4501, MAX4544 et MAX4621 avec un test de charge R LOAD. = 10 ohms.

Ces graphiques montrent que le système sonore pour réduire au minimum la distorsion harmonique totale doit être sélectionnée clés avec une résistance très faible lorsqu'il est ouvert.

commutateurs analogiques CMOS ont, bien sûr, beaucoup de bonnes qualités, donc la plupart des développeurs considèrent comme la norme et utilise une grande variété d'applications.

Faisons attention à certains paramètres techniques clés. Aujourd'hui, il y a beaucoup de commutateurs analogiques fonctionnant avec une source d'alimentation basse tension. clés et basse tension, alimentation simple et signaux logiques Utilisé par les normes de CMOS et TTL. Mais il y a encore des clés qui fonctionnent à partir de la puissance ± 15 V ou ± 12 V. Pour la gestion nécessite une autre alimentation marquable V L, qui est habituellement de 5 V ou 3,3 V.

Lorsque le signal de grille est à V + (ou V L, le cas échéant) par l'intermédiaire des commutateurs analogiques est sensiblement le courant de la source d'alimentation. Application à des niveaux TTL pyativoltovom tension V L, peut augmenter le courant de la source de puissance est plus de 1000 fois. Pour éviter toute consommation inutile d'énergie de l'alimentation, vous devriez éviter d'utiliser des niveaux TTL - l'héritage des années 1980.

temps (t-ON. et t-Off.) de commutation pour la plupart des commutateurs analogiques est compris entre 60 nanosecondes. à 1 milliseconde.

Pour "besschelchkovyh" entreprises de commutation sonores MAXIM temps de commutation est augmentée à l'ordre de la milliseconde, ce qui permettra d'éliminer les clics audibles.

Ainsi, on voit que le signal de transmission avec une distorsion minimale doit être soit la résistance minimale de la clé dans l'état ouvert, ou si la charge maximale possible à la sortie de la clé. Prenons un autre aspect de commutation - l'effet de l'injection de charge. Pour les faibles valeurs de R sur l' expansion de la région de canal est nécessaire. Le résultat est une grande capacité d'entrée et les frais appropriés: augmenter la dissipation de puissance de la charge actuelle - décharge dans chaque cycle de commutation. La constante de temps de charge t = R x C dépend de la résistance (R ON) et de la capacité (C) de la charge. Habituellement, cela prend quelques dizaines de nanosecondes, mais les touches à faible résistance ont une plus longue durée de la période sous et hors tension. Touches à haute R ON plus rapide. MAXIM propose deux types de clés - la même chose dans le même brochage et SOT-23 package. MAX4501 et MAX4502 ont une haute résistance R ON, mais peu de temps on / off MAX4514 ont une résistance plus faible 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 l'échantillonnage / dispositifs pour la conversion exacte dans le ADC holding.

Protéger les clés de décharge électrostatique (ESD) est basée sur les réalisations MAXIM'a dans ce domaine. Ils sont autorisés à accroître la protection de la nouvelle commutateurs analogiques jusqu'à ± 15 kV sur les recommandations de la CEI 1000-4-2 niveau 4 (le plus haut niveau). Toutes les entrées analogiques pour ESD-tests en utilisant un modèle du corps humain, ainsi que le contact et décharge à travers l'entrefer spécifié dans la CEI 1000-4-2 procédure.

Ainsi, produit les touches MAX4551 - MAX4553, pin-compatible avec la plupart des puces standards quatre clés tels que DS201 / 211, MAX391, etc. Maintenant, vous ne devez faire protéger les entrées analogiques utilisant des diodes de serrage coûteux que la protection ESD (jusqu'à 15. kV) se trouve dans le circuit clé et multiplexeurs.

La prochaine caractéristique importante est à noter en clé moderne. Normalement, la plage admissible de la tension de signal d'entrée est limitée par la tension des rails d'alimentation. Si le signal analogique est supérieure à la tension d'alimentation, puis à travers un reverse diodes parasites biaisés des flux actuels. Dans le cas où le courant n'a pas de limitation, la puce de la surchauffe descend. Par conséquent, la plupart des anciens commutateurs et de multiplexeurs peuvent fonctionner avec des courants ne dépassant pas 10 ÷ 20 mA.

De nouvelles clés MAXIM'a ont intégré dans la protection contre les pannes quand ils sont en mesure de fonctionner jusqu'à ± 25 V (certains jusqu'à 36 V) puissance d'entrée à 15V et ± 40V hors tension. Dans ce cas (surtension) sur le commutateur de signal analogique d'entrée accepte une impédance élevée quelle que soit la résistance clé de l'Etat ou de la charge. Seulement une fuite nA de composante courant peut circuler à partir de la source du signal. Il est un fait très important: les clés ne nécessitent pas un ordre spécifique de la tension d'alimentation et la tension du signal analogique. Même avec la puissance éteint il n'y a pas rupture du signal analogique clé. Protégé des clés de répartition MAX4511 ÷ MAX4513 est compatible broche à broche avec le DS411 ÷ DS413.

En bref article de magazine, il est impossible de faire une description détaillée de toutes les propriétés de commutateurs et de multiplexeurs. Quiconque est intéressé par ces informations, je vous suggère de visiter le site www.maxim-ic.com ou sur le site du distributeur officiel Mahim - société Rainbow Technologies. Pour ces adresses, vous trouverez beaucoup de choses utiles pour la sélection et l'utilisation correcte de ce type de dispositifs.