Ключи и мультиплексоры

СОВРЕМЕННЫЕ ПЕРИФЕРИЙНЫЕ БИС

Автоматизированные системы контроля и управления используют в качестве центрального звена микропроцессорный контроллер (ОЭВМ), который окружен периферийными БИС, обеспечивающими его работу с разнообразными источниками цифровой и аналоговой информации. Набор периферии достаточно стандартный. В зависимости от типа решаемых задач и условий работы меняются, в основном, используемые частоты и разрядность микросхем, что обеспечивает заданные точность и быстродействие системы.

Рассмотрим принципы функционирования и типовые схемы наиболее часто используемых микросхем [4].

Для коммутации аналоговых сигналов применяются электронные

коммутаторы, простейшими из которых являются ключи. Их основные ха-

рактеристики представлены в табл. 7.1. Микросхемы разделяются по количеству ключей в корпусе, начальному состоянию и функции (выключатель или переключатель). Качество контакта характеризуется сопротивлением ключа в открытом состоянии (R _on) и разбросом этого сопротивления (∆ R), а качество размыкания определяется затуханием (D _off) в состоянии "выключено", измеряемым в децибелах, и ослаблением при проникновении сигнала из ка-

Рис. 7.1

нала в канал (D _kan). Быстродействие ключа характеризуется временами включения и выключения (T _on/off).

Наиболее простыми в семействе аналоговых ключей являются однополюсные двунаправленные схемы, выпускаемые в модификациях нормально замкнутых, разомкнутых и переключающих схем. Условные обозначения таких микросхем приведены на рис. 7.1. Приняты следующие обозначения: S – вход/выход аналогового сигнала, D – вход/выход аналогового сигнала, IN – управляющий вход, GND – общий вывод, VCC – логическое питание (обычно +5 В), VDD – положительное аналоговое питание, VSS – отрицательное аналоговое питание.

Таблица 7.1

Название	Число ключей	R on, Ом	U, В	T on/off, нс	D off, дБ	∆ R, Ом	I вх, нА	D kan, дБ
ADG701				18/12		0.5	0,001	–
ADG702				18/12		0.5	0,001	–
ADG721				20/10		0.85	0,001
ADG722				20/10		0.85	0,001
ADG723				20/10		0.85	0,001
ADG711				16/10		0.5	0,001
ADG712				16/10		0.5	0,001
ADG713				16/10		0.5	0,001
ADG417							0,1	–
ADG419							0,1	–
ADG333				90/80			0,1
ADG736				16/8		0.1	0,001
ADG201A				300/250
ADG202A				300/250
ADG221				300/250

Серия ADG7xx имеет одно питание до +5 В, поэтому коммутируемое напряжение должно быть в пределах 0…+5 В. К преимуществам этой серии следует отнести очень маленькое сопротивление открытого ключа и высокую частоту его коммутации. Ключи серии ADG4xx разработаны с раздельным питанием для логической и аналоговых частей, что позволяет коммутировать сигналы до 44 В при TTL- или CMOS- уровнях управляющих сигналов (табл. 7.2).

Ключ ADG701 является нормально замкнутым и выключается подачей логического 0 на управляющий вход, а микросхемы ADG702 и ADG417, наоборот, нормально разомкнуты и включаются логическим 0.

Таблица 7.2

Логический уровень	ADG701	ADG702 ADG417	ADG419
	Выключено	Включено	A
	Включено	Выключено	B

Микросхема ADG419 имеет два входа (A и B): при сигнале 0 на управляющем входе к выходу подключается вход A, а при 1 – вход B.

Рис. 7.2

На рис. 7.2 представлены обозначения более сложных микросхем, реализующих функции четырех ключей с независимым управлением. Режимы

Таблица 7.3

Логический уровень	ADG711 ADG201 ADG221	ADG712 ADG202 ADG201	ADG713	ADG333
			Каналы 1, 4	Каналы 2, 3
	Включено	Выключено	Выключено	Включено	A
	Выключено	Включено	Включено	Выключено	B

работы ключей определяются в соответствии с табл. 7.3 и зависят от сигналов на четырех независимых управляющих входах.

Ключи серий ADG2xx и ADG333 позволяют коммутировать двухполярный сигнал при двухполярном напряжении питания, а напряжение для питания логической части ключей формируется из аналогового положительного напряжения внутри микросхемы. Обозначения в схемах аналогичны однополюсным схемам. Дополнительный сигнал WR у микросхем ADG221/ADG222 связан с записью управляющих сигналов во внутренний регистр. Сигналы управления у этих микросхем сначала поступают на специальный регистр управления. Если WR = 0, сигналы управления проходят через регистр и управляют ключами, а при переходе сигнала WR из 0 в 1 значения на управляющих входах запоминаются в регистре и сохраняются на всем протяжении действия сигнала WR = 1.

Таблица 7.4

Название	Тип	R on, Ом	U, В	T on/off, нс	D off, дБ	∆ R, Ом	Интер-фейс	D kan, дБ
ADG438F	1, 8:1			250/150			P
ADG439F	2, 4:1			250/150			P
ADG704	1, 4:1			20/13		0,1	P
ADG706	1, 16:1			20/13		0,1	P
ADG708	1, 8:1			20/13		0,1	P
ADG608	1, 8:1			75/45			P
ADG609	2, 4:1			75/45			P
ADG508F	1,8:1						P	–
ADG509F	2, 4:1						P	–
ADG528F	1, 8:1						P	–
ADG728	1, 8:1			20/13		0,1	I^2C
ADG729	2, 4:1			20/13		0,1	I^2C
ADG738	1, 8:1			20/13		0,1	SPI
ADG739	2, 4:1			20/13		0,1	SPI

Часто требуется выбрать один сигнал из нескольких возможных, для этого используются переключатели (мультиплексоры). Функции простейших

Рис. 7.3

мультиплексоров (2 источника в один выход) можно реализовать на переключающих ключах (например, на микросхеме ADG333 возможна реализа-

Таблица 7.5 Таблица 7.6

ция четырех независимых мультиплексоров 2:1). Для реализации более сложных переключений обычно используются специализированные микросхемы мультиплексоров. Их основные характеристики приведены в табл. 7.4.

В арсенале всех фирм, выпускающих аналоговую технику, есть микросхемы мультиплексоров, подключающих один из восьми входов на выход (8:1), и два мультиплексора – 4:1. На рис. 7.3 приведены обозначения таких устройств, а в табл. 7.5 и 7.6 – режимы работы. Микросхемы имеют 8 входов (S1…S8) или 2 блока (A и B) по 4 входа (S1x – S4x). Вход, номер которого находится на адресных логических входах A0, А1, A2, подключается к выходу. Можно запретить подключение какого-либо входа подачей 0 на логический вход разрешения (EN). Для обеспечения возможности коммутации двухполярных сигналов рассматриваемые мультиплексоры питаются от источников положительной и отрицательной полярности (VDD и VSS соответственно). Питание внутренних буферов логических сигналов формируется внутри микросхем. К достоинствам устройств, имеющих индекс F в названии, следует отнести защиту от перенапряжения на входах. Если входы мультиплексоров, часто являющиеся входами системы, не подключены к датчикам, возможно возникновение напряжений, превышающих напряжение питания, что приводит к выходу мультиплексора из строя. При наличии защиты с возникновением большого входного напряжения резко увеличивается сопротивление ключа и входной ток уменьшается до уровня, не приводящего к выходу микросхемы из строя.

Если в процессе работы устройства требуется запоминание кода подключенного входа, можно использовать мультиплексор ADG528, имеющий, по аналогии с ключом ADG221, дополнительный внутренний регистр для запоминания кода включенного канала.

Для коммутации однополярного напряжения можно использовать мультиплексоры серии ADG7xx, имеющие характеристики, близкие с ключами той же серии, обладающие очень малым сопротивлением в открытом состоянии и высокой предельной частотой коммутируемого сигнала. В этой серии возможно задание кода включенного канала не параллельным кодом, а по последовательным интерфейсам SPI или I²C.

Дата добавления: 2014-12-27