Статические характеристики аналоговых коммутаторов.

Со­­п­­­­­­­­­ротивление ключа в открытом (включенном) состоянии должно минимизироваться. Ключи КМОП, работающие от отно­си­тельно высокого напряжения питания (например, +15 В), будут иметь малые значения r₀ во всем диапазоне значений входного сигнала, так как всегда тот или другой проводящий транзистор будет иметь пря­мое смещение затвора, равное, по крайней мере, половине напря­жения питания. Но при меньшем напряжении питания сопротивление ключа r₀ будет расти, и максимум его имеет место при среднем уровне сигнала между высоким и низким напряжениями питания.

На (рис.7.10) приведены зависимости r₀ ключа микросхемы ком­му­­татора MAX312 от напряжения входного сигнала при одно­по­ляр­ном питании. При уменьшении U_пит сопротивление полевого тран­зистора во включенном состоянии значительно увеличивается (осо­бенно вблизи точки U_вх=U_пит/2). Это объясняется тем, что для полевого транзистора обогащенного типа пороговое напряжение составляет несколько вольт, и для достижения малых значений r₀ требуется напряжение затвор-исток не меньше, чем 5...10 В. Как видно из рис.7.10, сопротивление открытого ключа при номинальном напряжении питания, близко к 10 Ом, а при U_пит=2,7В достигает 700 Ом.

Имеются различные приемы, которые разработчики ИМС аналоговых коммутаторов применяют, чтобы сохранить значение r_o малым и примерно постоянным во всем диапазоне изменения входных сигналов. Это нуж­но для уменьшения нелинейных искажений входного сигнала. Для этого схему управления ключом вы­пол­­няют таким обра­зом, чтобы напряжение n-подложки "следило" за на­пряжением входного сиг­нала. Применение тран­­зисторов с малым на­пряжением отсечки и по­вы­шенной крутизной поз­воляет пос­троить комму­таторы с весьма малым r_o при низ­ком пи­тающем напряже­нии. Так, напри­мер, одно­каналь­ный ключ ADG701 при однопо­ляр­ном пита­нии +5 В имеет сопро­тив­ление r_o не бо­лее 2,5 Ом. На рис.7.10 при­ведены зависимости соп­ротив­ле­ния открытого ключа низ­ко­­вольтной микросхемы МАХ391 от напряжения входного сигна­ла для различ­ных питающих напряжений.

Применение КМОП-логики для управления транзисторами клю­чей дает еще один важный положительный эффект - в покое эти микросхемы практически не потребляют энергии.

Многоканальные коммутаторыили мультиплексорыпред­ставляют собой ин­тегральные микросхемы, имеющие много входов для аналоговых сигналов и один выход, на который можно подать последовательно во времени любой из входных сигналов. Мультиплексоры состоят из набора ключей, устройства управления эти­ми ключами и выходного согласующего каскада. Упрощенная схема мультиплек­сора приведена на рис.7.11. Такие мультиплексоры выпускаются в виде само­стоятельных микросхем или входят в состав более крупных микросхем, называе­мых системами сбора данных. Кроме мультиплексоров в состав систем сбора данных входят устройства, обеспечивающие обработку поступающей инфор­мации. Практически все современные системы сбора данных ориентированы на совместную работу с микропроцессорами и содержат элементы интерфейса (т. е. сопряжения): устройства выборки и хранения сигна-

Рис.7.11. Упрощённая схема

мультиплексора

лов, дешифратор адреса, регис­тры и др. Если имеются группы различных датчиков сигналов, то в состав таких микросхем могут входить несколько мультиплексоров, объединенных в группы. Такие микросхемы предназначены для работы с источниками потенци­альных сигналов, например, температурными датчиками, датчиками промышлен­ных установок различных аналитических приборов.

Контрольные вопросы.

1. Устройство аналоговых ключей и коммутаторов сигналов.

2. Диодные ключи – схемное построение, работа, их особенности.

3. Ключи на биполярных транзисторах – схемное построение, работа.

4. Ключи на полевых транзисторах – схемное построение, работа, особенности и недостатки.

5. Многоканальные коммутаторы – назначение, функциональное построение, области применения.