Was Sie über analoge Schalter und Multiplexer zu wissen

Über fünfundzwanzig integrierten Halbleiter - Analogschalter, und auf ihnen basierenden Multiplexer und treu zu den Entwicklern von elektronischen Produkten dienen. Verbesserte Herstellungsverfahren, das Design von Chips verändert - alles hat dies erlaubt , um die Versorgungsspannung, Stromverbrauch, den öffentlichen Schlüssel Widerstand Transferzeit injizierte Ladung zu reduzieren. Welche interessanten Angeboten Maxim in dieser Gruppe von 325 Geräte festigen.

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. Lang genug MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor) -Transistoren als Analogschalter zu verwenden. Mit einem kleinen Widerstand im leitenden Zustand und extrem hohen Widerstandszustand der Grenzpunkte mit geringer Leckage und niedriger Kapazität, sie sind fast ideal Analogschalter, Spannung gesteuert. Die Notwendigkeit von Schaltsignalen, gleich oder ähnlich im Wert der Versorgungsspannung, dieses Problem mit den Schaltern auf dem komplementären MOSFET (CMOS) zu lösen. Bekannte Schema 4066 - das klassische Schema des analogen Schalters für Signale im Bereich von "Land" mit der positiven Versorgungsspannung (Maxim Unternehmen fertigt diesen Chip namens MAX4066). Verwaltet vom unipolaren Signal von Logikschaltungen. Ein einziger n-Kanal oder p-Kanal-FET in Anreicherungsmodus arbeitet, kann der Schlüssel sein, analog, aber seine Durchlasswiderstand ist stark abhängig von der Größe eines Wähltons.

Die Verbindung n-Kanal- und p-Kanal-MOS-Transistor parallel reduziert diese Abhängigkeit. Sie benötigen nur eine Bedingung - Aktivierung und Deaktivierung dieser Transistoren gleichzeitig durchgeführt werden sollte. Langfristige Verbesserung des Analogschalters auf Basis von CMOS-Transistoren die Schwelle abgesenkt Spannungen bis zu 2,5-5,0 V. Die Zugabe des Pegelumsetzers erlaubt, um Steuersignale Gate komplementären MOS-Transistoren auf der Eingangslogikpegelsignale empfangen umgeschaltet wird. Zur gleichen Zeit kann der Analogschalter schaltet nun das analoge Signalpegel ± 15 V. Das Schema der modernen Schlüssel in Fig. 1.


Fig. 1. Das Schema der modernen CMOS-Schlüssel

Das Steuersignal hat einen TTL-Pegel-Logik. Diese CMOS - Schalter Transistoren Q9 und Q10 können analoge Signale Pegel ± U Grube passieren. Dargestellt in Schema Transistoren Q11 und Q12 verbessern die Arbeitsschlüssel Schraubenschlüssel Leckage zu reduzieren und die Modulation des offenen Kanalwiderstand reduziert wird. Diese beiden Transistoren sollten niemals gleichzeitig eingeschaltet werden. Andernfalls wird die negative Brechkraft Bus mit der Last verbunden werden, und die Ein / Aus-Zeit zu erhöhen. Sicherheitsbetriebsmodus der Transistoren Q11 und Q12 sollte konstruktiv vorgesehen sein. Genügend gute Möglichkeiten auf dem Wert des öffentlichen Schlüssels Widerstand für Leckströme und dynamische Verzerrungen der Übertragung einer großen Signal mit einer Frequenz bis zu 500 kHz sind in den Tasten MAX3HH realisiert. Die einfachste Methode für die oben genannten Parameter zu verbessern - die Verbindung parallel von Tasten auf dem Chip zur Verfügung. So MAX351, die 4 Tasten hat, in Parallelschaltung hat eine typische On-Widerstand von 5,5 Ohm und maximal - 11.25 Ohm. In diesem Fall wird die maximale Widerstandsänderung der wichtigsten Änderungen der Wert DFÜ-Signal nicht auf den Außen & Delta; R ≤ 1,25 Ohm nicht überschreiten.

Stromwahlsignal fließt durch den offenen Schlüssel Transistor. Von der Stromversorgung Strom in dem Schalter fließt kaum. Aber für Vorspannungspegel und die wichtigsten aktuellen Bedarf zu steuern.

Ein Anstieg des Stroms auftritt, wenn eine Spannung von etwa 0,8 V und 2,4 V, aufgrund der Transistoren Übergang vom offenen in den geschlossenen (und vice versa) und deren Übergang zu diesem Zeitpunkt im linearen Modus. Wenn Logik- und Analogversorgungsspannung gleich sind, dann werden die Ströme durch den Chip auf den Leckstrom fließt Niveau - weniger als 1 uA. Für den normalen Betrieb des Schlüssels mit unterschiedlichen Spannungen (beispielsweise +5 V und ± 15 V) erforderlich sind, um jede Source-Anschluss, um den Shunt-Kondensatoren 10 uF parallel geschaltet mit dem 100 nF.

Dynamische Fehler Schlüssel werden durch die Tatsache definiert ist, dass das Steuersignal über mehrere Stufen geht, 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 vorherigen off realisiert werden. Deshalb, in dem Chip MAX338 konstruktiv eine garantierte Latenz Schalt zahlen - mindestens 10 ns. Wenn Sie auf und neben dem Key-Steuersignal durch die Kapazität der Transistoren Vorstufen drehen spritzt in den leitenden Kanal Taste einige Ladung. Dies verursacht einen Fehler in dem Übertragungssignal durch den Schalter. Die Menge der injizierten Ladung kleiner ist, je kleiner der Widerstand des offenen Kanals. Aus den gleichen Gründen, und die Anstiegszeit Zeit des logischen Signals am Eingang zu den meisten der Schlüsselsysteme MAXIM fallen sollte nicht mehr als 20 ns nicht überschreiten.

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

Übersprechen bei Frequenzen von 10 MHz oder mehr Tasten zu verringern, können verwendet werden (Standard MAX312, MAX383, Video Tasten T MA4545), verbunden durch ein T-förmiges Muster (Fig. 2). Ein oder zwei Schalter sind mit dem Boden mit niedrigem Widerstand verbunden (typischerweise -40 Ohm) und eine hervorragende Isolationsverhältnis (-80 dB bei 10 MHz). erinnern wir müssen jedoch, dass mit der Erhöhung der Arbeitsfrequenz des Signal-Übersprechens und Isolation unbefriedigend sind.


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

Eine einfache Oszillatorschaltung in zwei frequenzstabilisierten Quarzresonatoren mit dem Chip mit vier Tasten (MAX 383) bei ± 8 V Leistung erhalten oder wenn MAX mit 411 ± 18 V.

Es kann sehr nützlich integrierten Schaltungsschalter und Multiplexer, wenn automatisch die Verstärkung, Frequenz oder Phasenspannung einstellen. Zum Beispiel, wenn Sie ein Signal an den nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers und der Ausgang gesetzt konsistente resistive Matrix senden, können Sie 16-Kanal-Multiplexer-Typ verwenden MAX 306, können Sie aus 16 Stufen der Verstärkung wählen können. Somit wird jede Taste auf der einen Seite ist mit "eigenen" den Widerstand, und die zweite Seite der Tasten wird kombiniert und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers verbunden.

Die weit verbreitete Verwendung von Analogschalter in Audiosystemen. Mit dem Durchgang des Signals durch den Schalter sollte nicht eine Signalverschlechterung sein, die Einführung in die es keine neuen Informationen, Verzerrung der Formen und Phasen der Wellen. Vollständig vermeiden dies nicht möglich ist. Es ist offensichtlich, daß alle Verzerrungen miniminizirovany werden müssen. Gesamtwert der Total Harmonic Distortion (THD) wird als das Verhältnis der Quadratwurzel aus der Summe der Quadrate der zweiten, dritten und höheren Harmonischen auf den Wert des Haupt (ersten) harmonischen definiert. Die Auswahl des Analogschalter mit einem Minimum erfordert eine THD - niedrige On-Widerstand (R on) und folglich geringen Widerstand R auf unebenen oder Ebenheit.

Planheit ist definiert als Differenz zwischen den Maximal- und Minimalwerte des Widerstands im offenen Zustand definiert, in dem eingestellten analogen Signalbereich gemessen. Oft (sofern nicht anders in der Dokumentation angegeben), die Planheit von 10% des offenen Kanalwiderstand nehmen. Verzerrungen sind das Ergebnis der Parallelschaltung der p- und n-Kanal-Transistoren, die nicht-lineare Widerstandscharakteristik in den offenen Zustand haben.

Praktisch ist, nichtlineare Verzerrungen des Maximums durch die folgende Beziehung bestimmt:


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


Fig. 3. Abhängigkeit von THD (THD) für Frequenz

Fig. 3 zeigt die THD über der Frequenz für drei Tasten MAX 4501, MAX4544 und MAX4621 mit einem Test Last R LOAD. = 10 Ohm.

Diese Diagramme zeigen, dass das Sound-System die gesamte harmonische Verzerrung zu minimieren, sollte mit einem sehr geringen Widerstand ausgewählten Tasten werden, wenn sie geöffnet.

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

Lassen Sie uns die Aufmerksamkeit auf einige der wichtigsten technischen Parameter zu zahlen. Heute gibt es viele Analogschalter mit einem Niederspannungs-Leistungsquelle betrieben wird. Gebrauchte Tasten und Niederspannungs-Einzelversorgung 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 erfordert L eine andere Stromversorgung kenntliches V, die in der Regel 5 V oder 3,3 V.

Wenn das Gatesignal an V + (oder V L, falls vorhanden) über den Analogschalter im wesentlichen der Strom von der Stromquelle fließt. Anwendung bei TTL - Pegeln pyativoltovom Spannung V L, kann der Strom von der Stromquelle erhöhen , um mehr als 1000 - mal. Um unnötigen Stromverbrauch von der Stromversorgung zu vermeiden, sollten Sie vermeiden, TTL-Pegel mit - das Erbe der 1980er Jahre.

Zeit (t-ON. und t-Off.) Umschalten für die meisten Analogschalter zwischen 60 ns. bis 1 msec.

Für "besschelchkovyh" Tonsignalschalter Firmen MAXIM wird Schaltzeit Millisekundenbereich erhöht, was die hörbaren Klicks beseitigen.

So sehen wir, daß für das Sendesignal mit minimaler Verzerrung entweder im geöffneten Zustand die minimale Widerstand des Schlüssels sein sollte, oder die maximal mögliche Last auf der Taste ausgegeben. Betrachten wir einen weiteren Aspekt der Umschaltung - die Wirkung der Ladungsinjektion. Für niedrige Werte von R ON Expansion des Kanalbereichs erforderlich ist . Das Ergebnis ist eine große Eingangskapazität und die entsprechende Gebühr: Verlustleistung von der aktuellen Ladung zu erhöhen - Entladung in jedem Schaltzyklus. Konstante Ladezeit t = R × C hängt von dem Widerstand (R ON) und der Kapazität (C) der Last. Normalerweise dauert es einige zehn Nanosekunden, aber mit niedrigem Widerstand Tasten haben eine längere Dauer der Ein- und Aus-Periode. Tasten mit hoher 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 ein / aus MAX4514 haben einen geringeren Widerstand R ON, aber je länger die Schaltzeit.

Eine andere negative Folge des geringen Widerstands der Schlüssel - ein höheres Maß an Ladungsinjektion durch die Erhöhung der Strompegel durch die Gate-Kapazität verursacht. Dies ist besonders wichtig, wenn die Tasten in der Abtastung unter Verwendung von / devices für eine genaue Umwandlung in dem ADC zu halten.

Schlüssel vor elektrostatischer Entladung (ESD) Schützen Sie basiert auf MAXIM'a Leistungen auf diesem Gebiet. Sie sind auf den Schutz der neuen Analogschalter bis zu ± 15 kV auf den Empfehlungen der IEC 1000-4-2 4 (die höchste Stufe) zu erhöhen erlaubt. Alle analogen Eingänge für ESD-Tests ein Modell des menschlichen Körpers unter Verwendung, sowie Kontakt und entladen durch den Luftspalt angegeben in IEC 1000-4-2 Verfahren.

So produzierte die MAX4551 Tasten - MAX4553, Pin-kompatibel mit den meisten Standard-Vier-Core-Chips wie DS201 / 211, MAX391 usw. Jetzt müssen Sie nicht über die analogen Eingänge mit teuren Klemmdioden als ESD-Schutz zu tun zu schützen (bis zu 15. kV) liegt in der Tastenschaltung und Multiplexer.

Der nächste wichtige Funktion sollte in modernen Schlüssel zu beachten. Normalerweise wird der zulässige Bereich des Eingangssignalspannung durch die Spannung der Stromversorgungsschienen begrenzt. Wenn das Analogsignal größer als die Versorgungsspannung, dann durch eine in Sperrichtung vorgespannte parasitären Dioden fließt. In dem Fall, dass der Strom nicht zur Beschränkung hat, geht der Chip vor Überhitzung nach unten. Daher können die meisten der alten Schalter und Multiplexer arbeiten mit Strömen bis zu 10 ÷ 20 mA übersteigt.

Neue Schlüssel MAXIM'a haben eingebaute Schutz vor Abbau, wenn sie in der Lage, 25 V für den Betrieb von bis zu ± (einige bis zu 36 V) Eingangsleistung bei 15V und ± 40V mit Stromversorgung aus. In diesem Fall (Überspannung) an der Eingangsanalogsignalschalter akzeptiert hohe Impedanz unabhängig von der Tastenzustand oder Lastwiderstand. Nur ein Leckstromkomponente nA kann von der Signalquelle fließen. Es ist eine sehr wichtige Tatsache: die Schlüssel benötigen keine bestimmte Reihenfolge der Versorgungsspannung und die Spannung des analogen Signals. Auch bei der Strom ausgeschaltet gibt es keinen Ausfall des Schlüssel analoges Signal. Geschützt vor den Verteilungsschlüssel MAX4511 ÷ MAX4513 ist Pin-kompatibel mit der DS411 ÷ DS413.

In kurzen Zeitschriftenartikel 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 finden.