Аналогови превключватели и мултиплексори VISHAY

Евгений Звонарев (КОМПЕЛ)

Цифровите превключватели осигуряват превключване и предаване на двоични (двоични) сигнали. Въпреки функционалното сходство между цифровите и аналоговите комутатори, изискванията за последните са много различни от тези за цифровите комутатори, което води до напълно различни подходи, чрез които аналоговите комутатори и мултиплексори трябва да бъдат проектирани и избрани.

Основният ключов елемент на тези устройства е MOS транзисторът (MOSFET). Поради ниското си съпротивление, високото съпротивление на прекъсване, ниските токове на утечка и ниските паразитни капацитети, MOS транзисторите се използват успешно като аналогови превключватели с контролирано напрежение. Някои приложения на аналоговите превключватели и мултиплексори са показани на фигура 1.

аналогови

Фигура: един. Възможни приложения на аналогови превключватели и мултиплексори

В преносимите устройства аналоговите превключватели се използват за превключване на входни и изходни сигнали. Използвайки аналогов мултиплексор, можете да направите многоканален ADC от едноканален ADC. Два аналогови мултиплексора, като DG408, ви позволяват да създадете усилвател с контролирано усилване и множество входове за превключване на сигнали от множество източници на сигнал, като сензори.

Аналоговият превключвател с идеални характеристики трябва да се държи като превключвател или превключвател, т.е. да предава сигнала към товара без загуба или хармонично изкривяване в широка честотна лента. Не е лесно да се осигурят трансферни характеристики, близки до идеалните за аналоговите превключватели (вижте фигура 2). Единичен N-канален или P-канален MIS транзистор може да се използва като аналогов превключвател, но Ron на съпротивлението на единичните транзистори силно ще зависи от величината на комутирания сигнал. Съпротивлението Ron може да бъде значително намалено чрез паралелно включване на допълнителни полеви транзистори и управлението им с парафазни сигнали от входа и изхода на инвертора, което осигурява почти едновременно включване и изключване на тези ключове. Зависимостите на съпротивленията Ron от нивото на входния сигнал са показани в долната част на Фигура 2.

vishay

Фигура: 2. Механични и аналогови превключватели и зависимости на съпротивленията на аналоговите превключватели на Uin.

Изкривяванията по време на предаване на сигнала в аналоговите превключватели се определят от следните фактори:

  • ненулево съпротивление на ключа в включено състояние и крайната му стойност в изключен режим;
  • нелинейна зависимост на съпротивлението на ключа от напреженията на управляващите и информационните входове;
  • ограничаване на амплитудата и полярността на комутирания сигнал на входа;
  • връзката между комутирания и управляващия сигнал (паразитни капацитети и токове на утечка допринасят за това).

Динамичните грешки на аналоговите превключватели възникват поради забавянето на управляващите сигнали, преминаващи през няколко етапа. Този фактор е особено важен при мултиплексорите, тъй като на канала не трябва да се позволява да се включва, докато предишният не бъде изключен. Следователно, в многоканалните аналогови комутатори, верижните методи осигуряват гарантирано забавяне за невъзможността за едновременно включване на два или повече канала. При превключване на аналоговия превключвател управляващият сигнал през паразитните капацитети на ключа впръсква определен заряд (инжектиране на заряд) в проводящия канал на ключа. Това води до изкривявания на сигнала, когато сигналът се предава през превключвателя, което е особено забележимо за високочестотния спектър на входния сигнал. Производителите трябва да посочат количеството инжектиран заряд за всеки аналогов превключвател в тяхната документация.

Фигура 3 показва основните конфигурации на аналоговите превключватели от Vishay.

vishay

Фигура: 3. Основни конфигурации на аналогови комутатори и мултиплексори Vishay

Най-популярни сред разработчиците са единични аналогови мултиплексори 8: 1 и двойни мултиплексори 4: 1. Сред аналоговите превключватели най-търсените конфигурации са SPSTx4, NO (четири нормално отворени вериги и декодиране са показани на фигура 3), четири нормално затворени SPSTx4, NC, единични и двойни превключватели SPDTx1 и SPDTx2. Поредица от аналогови комутатори и техните основни свойства са показани в таблица 1, а основните параметри на най-популярните и обещаващи аналогови комутатори са обобщени в таблица 2.

маса 1. Серия аналогови превключватели и мултиплексори VISHAY и техните основни свойства