Что надобно знать об аналоговых ключах также мультиплексорах

Использование материалов сайта разрешается при условии ссылки (для сайтов - гиперссылки) WARNING! Практическое применение некоторых материалов, помещенных на этом сайте, может быть незаконным. Вся информация подобного рода предназначена исключительно для ознакомительных целей; авторы и распространители не несут ответственности за ее противоправное применение. Материалы взяты из книг, журналов, других источников, куплены в e-магазинах, получены по обмену. Предоставляются "AS IS" ("КАК ЕСТЬ"); проверить работоспособность каждого не представляется возможным. Сайт www.shram.com.ua работает, скорее, как платная поисковая система по интересным материалам. В продаже не имеется материалов, содержащих предупреждения о запрете его распространения (платного или бесплатного). Если Вы заметили нарушение авторского права (продажу материала, на свободное распространение и продажу которого его автор не давал разрешения) - сообщайте, материал будет снят. [БЕСПЛАТНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО] ИНФОРМАЦИЯ ОБНОВЛЕНА 12.02.10 [БЕСПЛАТНЫЙ ГАЗ] Принцип индукционного счетчика   - действие индукционного электросчетчика   - регулировка электросчетчика   - противодействующие моменты   - постоянная счетчика   - контрольная проверка Всё о счётчиках   - действие индукционного электросчетчика   - схемы подключения электросчетчиков   - основные определения Я электрик! (журнал) Электрик (программа) Литература (книги) печатные платы Пайка. Видео урок 1 Пайка. Видео урок 2 Полезное из области энергетики Принцип работы электронного счетчика Сравнительный анализ счетчиков Описание электросчетчиков Описание способов Проверка погрешности электросчетчика Влияние погрешности трансформаторов Структура потерь электроэнергии Схемы подключения счетчиков Электронные карты предоплаты Закон России Подключение нового абонента Выбор сечения проводов и кабелей Автоматические выключатели Устройство защитного отключения Выявление недоучета энергии Несинусоидальность напряжения Широтно-импульсная модуляция ОБМАНУТЬ ГАЗОВЫЙ СЧЕТЧИК Счетчики воды и тепла Как отмотать счетчики газа Как Экономить газ и тепло Газопередающие системы Эксплуатация газовых систем Обмануть счетчик воды Проблемы коммерческих потерь Консультации по энергосбыту Взлом домофонов Взлом метро Как бесплатно звонить с телефона Принцип работы телефонных карточек Чтение прошивки таксофонной карточки Эмулятор таксофонной карточки ATR ответы украинских SIM-карт Интерфейс "Phoenix" Оптроны и их применение Аналоговые ключи и мультиплексоры сигнал LVDS Отладка микроконтроллеров Выбор микроконтроллера Запираемые тиристоры WAVECOM Диоды Стабилитроны и стабисторы Диоды светоизлучающие Openbox X-800/X-820CI Openbox F-500 Openbox F-300 Проверка эмуляторов карточек Интернет через Dreambox Кардшаринг на Дриме Эмулятор и ключи Спутники и координаты Взлом Adsl-модемов §1 Введение §2 Понятие о переменном токе §3 Термины и определения §4 Немного теории, истории §5 Устройство электросчетчика §6 Устройство индукционного счетчика §7 Принципы регулировки и настройки §8 Постоянная счетчика §9 Контрольная поверка счетчиков §10 Схемы подключения счетчиков §11 Теория «трансформатор» §12 Изменением схемы питания §13 Принцип электронных счетчиков §14 Принцип электросчетчика А100 §15 Жизнь и смерть - генератор отмотки §16 Удлинитель §17 Генераторы реактивной мощности §18 Как отмотать или остановить? §19 Принцип действия Расчёт квартплаты Не платить лишние налоги Советы адвоката Бесплатный бензин Cнизить расходы на бензин Высокооктановая присадка Увеличить мощность двигателя Заменитель бензина Остерегайтесь подделок и сайтов клонов перепродающих информацию!

Всё для танца - одежда, обувь, аксессуары

Журнал «Chip News» №8 2002 г.
А. Шитиков

Около двадцати пяти лет интегральные полупроводниковые аналоговые ключи также созданные на их основе мультиплексоры, верой также правдой служат разработчикам электрических изделий. Совершенствовался процесс изготовления, изменялась система микросхем – все это позволило снизить напряжение питания, потребляемую мощность, противодействие открытого ключа, инжектируемый заряд, пора переключения. Что и занимательного советует фирма Maxim в этой группе из 325 приборов.

Архитектура ключей также мультиплексоров никак не здорово изменилась за многие годы, но неизменный спрос на улучшенные характеристики заставляет производителей разрабатывать все новые также новые приборы для удовлетворения запросов разработчиков. Достаточно длительное пора в качестве аналоговых ключей использовали МОП (металл-окисел-полупроводник) транзисторы. Обладая маленьким сопротивлением в проводящем состоянии также крайне высоким сопротивлением в состоянии отсечки, с малыми точками утечки также небольшой емкостью, они были приблизительно идеальными аналоговыми ключами, управляемые напряжением. Необходимость коммутировать сигналы, равные либо недалекие по величине к напряжению питания, заставила разрешать данную проблему с помощью переключателей на комплементарных МОП-транзисторах (КМОП). Известная схема 4066 – классическая схема аналогового ключа для сигналов в диапазоне от «земли» вплоть до положительного напряжения кормления (фирма Maxim выпускает данную микросхему под названием MAX4066). Управляется однополярным сигналом от логических микросхем. Одиночный п-канальный либо р-канальный полевой транзистор, работающий в режиме обогащения, может прислуживать аналоговым ключом, но его противодействие в открытом состоянии станет значительно зависеть от величины коммутируемого сигнала.

Соединение n-канального также p-канального МОП-транзистора в параллель резко снижает данную зависимость. Необходимо только одно условие – включение также выключение этих транзисторов должно осуществляться сразу. Многолетние совершенствования аналогового ключа на основе КМОП-транзисторов понизили порог напряжения включения вплоть до 2,5-5,0 В. Прибавление преобразователя уровня позволило получить сигналы управления затворами комплементарных МОП-транзисторов от входных сигналов логического уровня. При этом, аналоговый ключ нынче может коммутировать аналоговый сигнал уровнем ±15 В. Схема современного ключа представлена на рис. 1.

Рис. 1. Схема современного КМОП-ключа

Управляющий сигнал владеет уровень TTL-логики. При этом КМОП-ключ на транзисторах Q9 также Q10 может упускать аналоговые сигналы уровнем ±U_пит. Показанные на схеме транзисторы Q11 также Q12 улучшают работу ключа, снижая утечки ключа также уменьшая модуляцию сопротивления открытого канала. Данных пара транзистора ни в жизнь никак не должны включаться сразу. Другим образом отрицательная шина кормления станет подключена к нагрузке также увеличится пора включения/выключения. Режим безопасности работы транзисторов Q11 также Q12 вынужден обеспечиваться конструктивно. Достаточно хорошие параметры по значению сопротивления открытого ключа, по токам утечки также динамическим искажениям передачи внушительного сигнала на частоте вплоть до 500 КГц реализованы в ключах MAX3ХХ. Наиболее бесхитростный средство улучшения вышеуказанных параметров – это объединение в параллель имеющихся на чипе ключей. Так MAX351, имеющий 4 ключа, при параллельном соединении владеет типовое противодействие в открытом состоянии 5,5 Ом и максимальное – 11,25 Ом. При этом, максимальное изменение сопротивления ключа от изменения значения коммутируемого сигнала, никак не превышает ΔR_откр ≤ 1,25 Ом.

Через открытые транзисторы ключа течет ток коммутируемого сигнала. От источников кормления ток в ключ почти что никак не течет. А вот для смещения уровней также для управления ключом ток необходим.

Увеличение тока проистекает при напряжении возле 0,8 В также 2,4 В, что связано с переходом транзисторов из открытого состояния в закрытое (и обратно) также переходом их на это пора в линейный режим. Если логические также аналоговые напряжения источников кормления равны, то токи чрез микросхему протекают на уровне тока утечки – менее 1 мкА. Для нормальной работы ключа с разными напряжениями (например +5 В также ±15 В) необходимо к каждому терминалу родника ставить шунтирующие конденсаторы 10 мкФ параллельно с 100 нФ.

Динамические погрешности ключей определяются тем, что сигнал управления пробивается чрез несколько каскадов, также на каждом владеет задержку. Особенно это гордо в многоканальных мультиплексорах, например, 8 в 1. Тут нельзя реализовать включение канала, ежели никак не выключен предыдущий. Вот поэтому, в микросхеме MAX338 конструктивно вносится гарантированное пора задержки на переключение – минимум 10 нсек. При включении также выключении ключа управляющий сигнал чрез емкость транзисторов предварительных каскадов инжектирует некий заряд в проводящий канал ключа. Это приводит к погрешности при передаче сигнала чрез ключ. Размер инжектируемого заряда тем меньше, чем меньше противодействие открытого канала. По этим и соображениям, пора подъема также спада логического сигнала на входе для большинства ключевых схем MAXIM никак не должно превышать 20 нсек.

Зная тонкости построения ключей, их сильные также слабые стороны, дозволено найти самое широкое применение полупроводниковых ключей также мультиплексоров в дляоэлектронной аппаратуре. Они могут оперировать с дляочастотами вплоть до 1 МГц также выше. Большинство аналоговых ключей выделяют небольшую мощность рассеяния также требуют бесхитростного логического интерфейса. Функционирование ключей зависит от тока сигнала в элементе переключения также для снижения потерь при передаче, обычно, ограничиваются миллиамперами.

Для снижения перекрестных помех на частотах распорядка 10 МГц также выше можно использовать ключи (стандартные MAX312, MAX383, видео Т-ключи MA4545), соединенные по Т-образной схеме (рис. 2). Один либо пара ключа соединяются на землю с невысоким сопротивлением (типовое -40 Ом) также отличным коэффициентом развязки (-80 дБ на 10 МГц). Однако, надобно не забывать, что с увеличением рабочей частоты сигнала, перекрестные помехи также развязка делаются неудовлетворительными.

Рис. 2. Т-образная схема включения ключа для сигнала частотой 10 МГц

Простая схема генератора на 2 частоты, стабилизируемые кварцевыми резонаторами, получается при использовании микросхемы с четырьмя ключами (MAX 383) при кормлении ±8 В либо, при использовании MAX 411, ±18 В.

Очень полезными могут существовать интегральные схемы ключей также мультиплексоров при автоматической установке коэффициента усиления, частоты, фазы либо напряжения. Например, ежели подать сигнал на неинвертирующий вход операционного усилителя, однако на выходе установить последовательную резистивную матрицу, то с помощью 16-канального мультиплексора типа MAX 306, дозволено выбрать один из 16 уровней коэффициента усиления. При этом, каждый ключ с одной стороны подключается к «своему» резистору, однако другая бок всех ключей объединяется также подключается к инвертирующему входу операционного усилителя.

Широкое применение нашли аналоговые ключи в звуковых системах. При прохождении сигнала чрез ключ никак не должно проистекать ухудшение сигнала, введение в него всякий новой информации, искажение формы также фазы волн. Полностью избежать этого никак не удается. Очевидно, что все искажения должны существовать миниминизированы. Суммарное значение коэффициента нелинейных искажений (ТHD) определяется как будто отношение квадратного корня суммы квадратов другой, третьей также более высоких гармоник к величине основной (первой) гармоники. Избрание аналогового ключа с минимумом ТHD требует одного – невысокого сопротивления в открытом состоянии (R_on) дополнительно, поэтому, незначительной неравномерности сопротивления R_on либо плоскостности.

Плоскостность определяется как будто разность промеж максимальными также минимальными значениями сопротивления в открытом состоянии, измеренными в заданном диапазоне аналогового сигнала. Часто, (если нет иных указаний в документации), плоскостность принимают равной 10% от сопротивления открытого канала. Искажения являются результатом параллельного соединения р- также n-канальных транзисторов, которые имеют нелинейные характеристики сопротивления в открытом состоянии.

Практически, максимум нелинейных искажений определяется следующим соотношением:

где R_нагр. – нагрузка, включенная подряд с ключом.

Рис. 3. Зависимость суммарного коэффициента нелинейных искажений (THD) для частоты

На рис. 3 представлена зависимость THD от частоты для трех ключей MAX 4501, MAX4544, также MAX4621 с испытательной нагрузкой R_нагр.= 10 кОм.

Эти графики показывают, что в звуковых системах для минимизации суммарных нелинейных искажений необходимо избирать ключи с весьма невысоким сопротивлением в открытом состоянии.

КМОП аналоговые ключи обладают, несомненно, многими полезными качествами, так что большая часть разработчиков считает их как будто норму также использует в именно разнообразных применениях.

Обратим забота на некоторые технические параметры ключей. Сегодня имеется немало аналоговых ключей, работающих с одним низковольтным родником питания. Применяются также низковольтные ключи с однополярным кормлением также логическими сигналами по стандартам КМОП также уровнями ТТЛ. Но имеются еще ключи, которые работают от кормления ±15 В либо ±12 В. Для управления ими требуется еще один источник питания, маркируемый V_L, какой обычно бывает 5 В либо 3,3 В.

Если логический сигнал находится на уровне V+ (или V_L, если имеется), то чрез аналоговые ключи по существу никак не течет ток от родника питания. Применяя ТТЛ-уровни при пятивольтовом напряжении V_L, дозволено увеличить ток от родника кормления более чем в 1000 однажды. Дабы избежать ненужного потребления тока от родника питания, Вы должны отвиливать использования ТТЛ-уровней – наследства 1980-х годов.

Время переключений (t-вкл. также t-выкл.) для большинства аналоговых ключей находится в пределах от 60 нсек. вплоть до 1 мсек.

Для «бесщелчковых» звуковых переключателей фирмы MAXIM пора переключения увеличено вплоть до миллисекундного диапазона, что позволят устранить слышимые звуковые щелчки.

Итак, мы наблюдаем, что для передачи сигнала с минимальными искажениями нужно или минимальное противодействие ключа в открытом состоянии, или максимально возможная нагрузка на выходе ключа. Рассмотрим еще один аспект при переключении – эффект инжекции заряда. Для получения невысокого значения R_ON требуется расширение округа канала. Результатом является внушительная входная емкость также соответствующая вознаграждение: умножение рассеиваемой мощности от тока заряда – ряда в каждом цикле переключения. Постоянное пора заряда t = R×C зависит от сопротивления (R_ON) также емкости (С) нагрузки. Обычно это продолжается несколько десятков наносекунд, но низкоомные ключи имеют более длительную продолжительность периода включения также выключения. Ключи с высоким R_ON более спешные. MAXIM советует оба типа ключей – с одинаковой цоколевкой также в одинаковом корпусе SOT-23. MAX4501 также MAX4502 имеют более высокое сопротивление R_ON, но короткое пора включения/выключения MAX4514 имеют более низкое противодействие R_ON, но более длинное пора переключения.

Еще одно отрицательное последствие низкоомных ключей – более высокий уровень инжекции заряда, вызванный увеличенным уровнем тока чрез емкость затвора. Особенно это гордо при использовании ключей в устройствах выборки/хранения для точного преобразования в АЦП.

Защита ключей от электростатического заряда (ESD) опирается на достижениях MAXIM'а в этой округу. Они позволили увеличить охрану новых аналоговых ключей вплоть до ±15 кВт по рекомендациям IEC 1000-4-2 уровня 4 (самый высокий уровень). Все аналоговые входы для ESD-тестов используют модель человеческого тела, однако похоже контакт также ряд чрез легкий зазор, указанные в методике IEC 1000-4-2.

Так, выпускаемые ключи MAX4551 – MAX4553, совместимы по выводам с большинством стандартных четырех ключевых микросхем таких, как будто DS201/211, MAX391 и др. Теперь никак не требуется действовать охрану аналоговых входов с помощью дорогих ограничительных диодов, так как будто охрана от электростатических разрядов (до 15 кВ) заложена в схему ключей также мультиплексоров.

Следующую важную характеристику необходимо отметить у современных ключей. Обычно допустимый диапазон входного сигнального напряжения ограничивается напряжением на шинах родника питания. Если аналоговый сигнал превышает напряжение родника питания, то чрез обратносмещенные паразитные диоды течет ток. В случае, в какое время сей ток никак не владеет ограничения, микросхема из-за перегрева выходит из строя. Поэтому, большая часть старых ключей также мультиплексоров могли трудиться с токами, никак не превышающими 10÷20 mA.

Новые ключи MAXIM'а имеют встроенную охрану от пробоя, в какое время они сохраняют работоспособность вплоть до ±25 В (некоторые вплоть до 36 В) входного сигнала при питании 15 В также ±40 В при отключенном питании. В этом случае (при перенапряжении) по входу аналогового сигнала ключ принимает высокое полное противодействие независимо от состояния ключа либо сопротивления нагрузки. Только ток утечки, составляющей наноамперы, может вытекать из родника сигнала. Тут весьма гордо одно обстоятельство: данные ключи никак не требуют определенного распорядка подачи напряжения кормления также напряжения аналогового сигнала. Даже при снятом кормлении никак не происходит пробоя ключа от аналогового сигнала. Защищенные от пробоя ключи MAX4511÷MAX4513 по выводам совместимы с DS411÷DS413.

В краткой журнальной статье нельзя сваять подробное описание всех свойств ключей также мультиплексоров. Всем, кому интересна такая информация, предлагаю посетить сайт www.maxim-ic.cоm либо сайт официознного дистрибьютора МАХIM  – компании Rainbow Technologies. По этим адресам Вы найдете немало приносящего пользу для безошибочного избрания также использования данного типа приборов.