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Was Sie über analoge Schalter und Multiplexer wissen

Etwa fünfundzwanzig integrierten Halbleiter - Analogschalter, und auf sie basierende Multiplexer und treu zu den Entwicklern von elektronischen Produkten zu dienen. Verbesserte Herstellungsverfahren variieren Chips Struktur - alle diese möglich , die Versorgungsspannung, den Stromverbrauch durch den öffentlichen Schlüssel Widerstand, die injizierte Ladung, die Schaltzeit zu reduzieren. Welche interessantes Angebot Maxim in dieser Gruppe von 325 Geräten Firma.

Architektur Schalter und Multiplexer hat sich nicht viel im Laufe der Jahre verändert, aber die ständige Nachfrage nach verbesserter Leistung zwingt die Hersteller mehr und mehr neue Geräte zu entwickeln, um die Entwicklung Bedürfnisse zu erfüllen. Ausreichend langer Zeitraum in MOS (Metall-Oxid-Halbleiter) Transistoren, die als analoger Schalter verwendet. Mit einem kleinen Widerstand im leitenden Zustand und extrem hohen Widerstandszustand zu den Unterbrechungsstellen mit niedriger Leckage und niedriger Kapazität, waren sie nahezu ideale Analogschalter, Spannung gesteuert. Die Notwendigkeit von Schaltsignalen, gleich oder ähnlich im Wert der Versorgungsspannung, dieses Problem auf den komplementären MOS-Transistoren (CMOS) unter Verwendung der Schalter zu lösen. Bekannte Schaltung 4066 - ein klassischer analoger Schalterstromkreis für Signale im Bereich von „Land“ mit einer positiven Versorgungsspannung (Firma Maxim produziert diesen Chip genannt MAX4066). Kontrollierte unipolaren Signal von den Logikchips. Ein einziges n-Kanal oder p-Kanal-FET im Anreicherungsmodus arbeitet, kann analog Schlüssel sein, aber der Widerstand ist im offenen Zustand in hohem Maße von dem Wert des Schaltsignals abhängig ist.

Verbinden der n-Kanal- und p-Kanal-MOSFET parallel stark diese Abhängigkeit reduziert. Sie benötigen nur eine Bedingung - Ein- und Ausschalten dieser Transistoren gleichzeitig durchgeführt werden sollte. Langfristige Verbesserung analoger Schlüssel auf der Basis einer CMOS-Transistorschwellenspannung abgesenkt 2,5-5,0 V. Die Zusatz Pegelwandler zugelassen komplementäre Steuersignale an Gate-Elektroden der MOS-Transistoren der Eingangssignale Logikpegel zu empfangen. In diesem Fall kann der Analogschalter schaltet jetzt den analogen Signalpegel von ± 15V des modernen Schlüsselschemas ist in Fig. 1.


Fig. 1. Schematische modernen CMOS-Schlüssel

Das Steuersignal hat eine TTL-Pegel-Logik. In dieser CMOS - Schalttransistoren Q9 und Q10 können analoge Signale ± U Pitpegel übertragen. Gezeigt in Schema Transistoren Q11 und Q12 verbessern die Arbeitsschlüssel, Schlüssel Austritts eines reduzierenden und reduzierenden Modulation des offenen Kanalwiderstand. Diese beiden Transistoren sollten niemals gleichzeitig leuchten. Andernfalls wird der negative Brechkraft Bus mit der Last verbunden werden, und die Ein / Aus-Zeit erhöhen. Sicherheitsbetriebsmodus der Transistoren Q11 und Q12 sollte konstruktiv vorgesehen sein. Genügend Parameter Wert öffentlichen Schlüsselwiderstand von Leckströmen und dynamische Verzerrungen großes Sendesignal mit einer Frequenz von bis zu 500 KHz implementiert MAX3HH Tasten. die Verbindung parallel zu dem bestehenden Chipschlüssel - Der einfachste Weg, die oben genannten Parameter zu verbessern. So MAX351, eine Taste 4, wenn eine Parallelschaltung hat eine typische On-Widerstand von 5,5 Ohm und dem maximalen - 11,25 Ohm. In diesem Fall ändert sich die maximale Widerstandsänderung der Schlüsselwerte in ein Wählsignal nicht den Außen & Delta; R ≤ 1,25 Ohm nicht überschreiten.

die geschaltete Stromsignal durch die offenen Schalttransistoren fließt. Von der Stromversorgung Strom fließt nicht annähernd einen Schlüssel. Aber zum Ausgleich Ebene und der Schlüsselstrom notwendig ist, zu steuern.

Eine Erhöhung der Strom tritt auf, wenn eine Spannung von etwa 0,8 V und 2,4 V, aufgrund der Transistoren Übergang vom offenen zum geschlossenen (und vice versa) und deren Übergang zu diesem Zeitpunkt im linearen Modus. Wenn die Logik und Analogstromversorgungsspannungen gleich sind, fließen die Ströme durch den Chip in dem Leckstrompegel - weniger als 1 mA. Für den Normalbetrieb Tasten mit unterschiedlichen Spannungen (z.B. + 5 V und ± 15 V), die notwendig zu jedem Source-Anschluss der Shunt-Kondensatoren parallel mit 10 uF 100 nF eingestellt.

Dynamische Fehler definierten Schlüssel, dass das Steuersignal über mehrere Stufen übergeben wird, und jeder hat eine Verzögerung. Dies ist besonders wichtig in Mehrkanal-Multiplexer, beispielsweise 8 bis 1. Dabei kann die Kanalumschaltung nicht, es sei denn der vorhergehende off realisiert werden. Deshalb, in dem Chip MAX338 konstruktiv eine garantierte Laufzeit zu wechseln zahlen - mindestens 10 ns. Wenn der Zündschlüssel ausgeschaltet wird und das Steuersignal durch die Kapazität der Transistoren Vorstadien einspritzt etwas Ladung in dem leitenden Schlüsselkanal. Dies verursacht einen Fehler bei der Übertragung des Signals durch den Schalter. Die Größe der injizierten Ladung kleiner ist, je kleiner der Widerstand des offenen Kanals. Aus den gleichen Gründen darf die Zeit der Aufstieg und Fall eines logischen Signals auf einem Eingangsschlüssel für die meisten MAXIM Systeme sollten nicht mehr als 20 ns.

die Feinheiten der Gebäude Schlüssel, ihre Stärken und Schwächen zu kennen, können Sie die am häufigsten verwendeten Halbleiterschalter und Multiplexer in elektronischen Geräten finden. Sie können bis zu 1 MHz auf Funkfrequenzen arbeiten und darüber. Die meisten Analogschalter absondern kleine Verlustleistung und erfordert eine einfache logische Schnittstelle. Die Bedienung der Tasten hängt von dem Signalstrom in dem Schaltelement und der Übertragungsverlust zu reduzieren, ist in der Regel Milliampère begrenzt.

Um ein Übersprechen bei Frequenzen von 10 MHz zu reduzieren und höher verwendet werden können Tasten (Standard MAX312, MAX383, Video Tasten T MA4545), verbunden durch ein T-förmiges Muster (Fig. 2). Ein oder zwei Schalter sind verbunden mit niedrigem Widerstand (typischerweise -40 Ohm) und eine hervorragenden Entkopplungskoeffizient (-80 dB bei 10 MHz) erden. Wir müssen aber, dass mit der Erhöhung der Arbeitsfrequenz des Signalübersprechens und Isolation unbefriedigend erinnern.


Fig. 2. Der T-förmigen Schlüsselschaltkreis für eine Signalfrequenz von 10 MHz

Ein einfaches Schaltbild des Generators 2 frequenzstabilisierten Quarzresonatoren unter Verwendung von Chips mit vier Tasten (MAX 383) erhalten wird, wenn ± 8 V mit Strom versorgt oder durch Verwendung von MAX 411, ± 18 V.

Es kann sehr nützlich integrierten Schaltungsschalter und Multiplexer, wenn automatisch die Verstärkung, Frequenz oder Phasenspannung einstellen. Zum Beispiel, wenn ein Signal am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers und der Ausgang eine konsistente resistive Matrix herzustellen, werden dann unter Verwendung des 16-Kanal-Multiplexer-Typ MAX 306 eines der 16 Stufen der Verstärkung auswählen können. In diesem Fall wird jede Taste auf der einen Seite ist mit dem „eigenen“ einen Widerstand, und die andere Seite aller Schlüssel kombiniert und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers verbunden.

Die weit verbreitete Verwendung von Analogschaltern, die in Audio-Systemen. Beim Passieren sollte das Signal durch den Schalter nicht die Verschlechterung der es keine neuen Informationen, Verzerrung und Phasenwellen eingegebene Signal auftreten. Völlig vermeiden dies nicht möglich ist. Offensichtlich sind alle Verzerrungen müssen miniminizirovany sein. Der Gesamtwert der harmonischen Verzerrung (THD) wird als das Verhältnis der Quadratwurzel der Summe der Quadrate des zweiten, dritten und höheren Harmonischen zu der Größe des Haupt (erster) harmonischen definiert. Auswahl des Analogschalters mit einem Minimum erfordert eine THD - niedrigen Widerstand in geöffnetem Zustand (R on) und infolgedessen mit geringer Widerstand R auf unebene oder Planheit.

Die Planheit wird als die Differenz zwischen den Maximal- und Minimalwerten des Widerstands im offenen Zustand definiert, in einem vorbestimmten Bereich von analogem Signal gemessen. Oft (sofern nicht anders in der Dokumentation angegeben), wobei die Flachheit von 10% des offenen Kanalwiderstandes nehmen. Verzerrungen sind das Ergebnis der Parallelschaltung der p- und n-Kanal-Transistoren, die nicht-lineare Widerstandscharakteristik in dem offenen Zustand haben.

In der Praxis wird die maximale harmonische Verzerrung, die durch die folgende Beziehung definiert:


wobei R Heizung. - die Last in Serie mit dem Schlüssel.


Fig. 3. Die Abhängigkeit der Klirrfaktor (THD) für die Frequenz

Fig. 3 zeigt die THD über die Frequenz für drei Tasten MAX 4501, MAX4544, MAX4621 und eine Prüflast R Last. = 10 Ohm.

Diese Diagramme zeigen, dass die Sound-Systeme, um die gesamte harmonische Verzerrung zu minimieren, müssen die Schlüssel zu einem sehr geringen Widerstand, wenn sie geöffnet gewählt werden.

CMOS-Analogschalter haben, natürlich, viele gute Eigenschaften, so dass die meisten Entwickler sie als Norm betrachten und verwenden eine Vielzahl von Anwendungen.

Lassen Sie uns die Aufmerksamkeit auf einige der wichtigsten technischen Parameter zahlen. Heute gibt es viele Analogschalter mit einer Niederspannungs-Stromversorgung betrieben wird. Bewerben Niederspannungs, Single-Supply-Schlüssel und Logiksignale durch die Standards von CMOS und TTL. Aber es gibt immer noch Schlüssel , die ± 15 V oder ± 12 V. Für das Management von der Leistung arbeiten erfordern nur eine Stromversorgung kenntliches V L, die in der Regel 5 V oder 3,3 V.

Wenn das logische Signal an V + ist (oder V L, falls vorhanden) über die Analogschalter ist im wesentlichen kein Strom fließt von der Stromquelle. Anwenden von TTL - Pegel bei pyativoltovom Spannung V L ist es möglich , den Strom von der Stromquelle zu mehr als 1000 - mal zu erhöhen. Um unnötigen Stromverbrauch von der Stromversorgung zu vermeiden, sollten Sie vermeiden, TTL-Pegel mit - dem Erbe der 1980er Jahre.

die Schaltzeit (t-ON. und t-Off.) für die meisten Analogschalter liegt im Bereich von 60 nsec. bis 1 msec.

Für „besschelchkovyh“ Sound MAXIM Unternehmen schaltet die Schaltzeit auf Millisekundenbereich erhöht wird, die den hörbaren Klickgeräusch beseitigt.

So sehen wir, dass für das Sendesignal mit minimaler Verzerrung sollte entweder minimal Schlüsselwiderstand im offenen Zustand, oder die maximal mögliche Belastung auf der Taste Ausgang. Betrachten wir einen weiteren Aspekt der Umschaltung - die Wirkung der Ladungsinjektion. Für niedrige Werte ON Expansionskanalbereich R ist nicht erforderlich. Das Ergebnis ist eine große Eingangskapazität und eine entsprechende Bezahlung: Verlustleistung der Stromkosten erhöhen - Entladung in jedem Schaltzyklus. Konstante Ladezeit t = R × C hängt von dem Widerstand (R ON) und die Kapazität (C) der Last. Normalerweise dauert es einige zehn Nanosekunden, aber mit geringem Widerstand Tasten haben eine längere Dauer der Ein- und Aus-Periode. Tasten mit hohen R ON schneller. MAXIM bietet zwei Arten von Schlüsseln - das gleiche in der gleichen Pinout und SOT-23-Gehäuse. MAX4501 und MAX4502 haben einen hohen Widerstand R ON, aber eine kurze Zeit an / aus MAX4514 haben einen geringeren Widerstand R ON, aber eine längere Schaltzeit.

Eine weitere negative Folge des geringen Widerstand Schlüssels - ein höheres Maß an Ladungsinjektion verursacht durch eine erhöhte Menge an Strom durch die Gate-Kapazität. Dies ist besonders wichtig, wenn die Schlüssel bei der Abtastung unter Verwendung von / Vorrichtungen für eine genaue Umwandlung in dem ADC zu halten.

Schutzschlüssel von elektrostatischer Aufladung (ESD) MAXIM'a auf der Grundlage der Leistungen in diesem Bereich. Sie werden den Schutz der neuen Analogschalter bis ± 15 kV auf den Empfehlungen der IEC 1000-4-2 4 (die höchste Stufe) zu erhöhen erlaubt. Alle Analogeingänge für ESD-Verwendung-Testmodell des menschlichen Körpers, sowie Kontakt und Entladung über den Luftspalt angegeben in IEC 1000-4-2 Verfahren.

Damit die Tasten MAX4551 erzeugt - MAX4553, Pin-kompatibel mit den meisten Standard-Vier-Core-Chips wie DS201 / 211, MAX391 usw. Jetzt müssen Sie nicht den Schutz der analogen Eingänge mit teueren Klemmdioden als ESD-Schutz zu machen (bis zu 15. kV) Schaltung im Schlüssel und Multiplexer eingebaut.

Die nächste wichtige Funktion sollte in modernen Schlüsseln zu beachten. Typischerweise ist der zulässige Bereich der Eingangssignalspannung durch die Spannung der Stromversorgungsbus begrenzt. Wenn das analoge Signal, welches die Leistungsversorgungsspannung überschreitet, werden die parasitären Dioden umgekehrt durch den Strom fließt, vorgespannt ist. In dem Fall, dass der Strom nicht beschränkt auf, der Chip durch Überhitzung abstürzt. Daher kann die meisten der alten Schalter und Multiplexer arbeiten mit Strömen bis zu 10 ÷ 20 mA überschreitet.

Neue Schlüssel MAXIM'a hat eingebauten Schutz gegen Durchschlag, wenn sie in der Lage, 25 V (teilweise bis zu 36 V) der Eingangssignalleistung ± Betrieb von bis zu 15 V und ± 40 V mit der Stromversorgung aus. In diesem Fall (Überspannung) auf dem Tasteneingabeanalogsignal nimmt einen hohen Impedanzzustand, unabhängig von dem Schlüssel oder dem Lastwiderstand. Nur ein Leckstromkomponente nA kann von der Signalquelle fließen. Es ist sehr wichtig für eine Sache: die Schlüssel nicht eine bestimmte Reihenfolge der Versorgungsspannung und die Spannung des analogen Signals erfordern. Auch mit der Power-Taste Abbau ausgeschaltet nicht auf dem Analogsignal auftreten. Geschützt von Verteilungsschlüssel MAX4511 ÷ MAX4513 ist pinkompatibel mit dem DS411 ÷ DS413.

In kurzen Zeitschriftenartikeln ist es unmöglich, eine detaillierte Beschreibung aller Eigenschaften von Schaltern und Multiplexern zu machen. Jeder, der in diesen Informationen interessiert ist, schlage ich vor, die Website www.maxim-ic.com oder die Website des offiziellen Distributor Māhīm zu besuchen - Rainbow Technologies Unternehmen. Für diesen Adressen finden Sie viele nützliche Dinge für die richtige Auswahl und Verwendung dieser Art von Geräten zu finden.