아날로그 및 디지털 애플리케이션을 위한 스위치 IC 선택 및 사용 방법

작성 날짜: 십이월 21, 2021
업데이트 날짜: 칠월 1, 2024

많은 전자 기기들이 수동 스위칭으로 사용자 입력을 받지만, 모든 시스템에서 논리적 조건을 트리거하는 가장 좋은 방법은 아닙니다. 웹 API와 인터페이스하는 내장 시스템이 있고 기계적 스위치가 없다면 어떨까요? 보드가 더 큰 시스템에 묻혀 있어 수동으로 접근할 수 없다면 어떨까요?

스위치 IC는 기계적 구성 요소를 반드시 필요로 하지 않는 논리적 조건이나 사용자 입력에 따라 주변 장치를 활성화하는 데 탁월한 옵션입니다. 스위치 IC는 MCU나 아날로그 신호 수준으로 전기적으로 활성화됩니다. 이러한 유형의 스위칭을 시스템에 구현해야 할 때, 스위치 IC를 선택하고 사용하기 위해 따를 수 있는 몇 가지 지침이 있습니다.

중요한 스위치 IC 사양

스위치 IC는 기계적 스위치의 전기적 아날로그인 간단한 집적 회로입니다. 이러한 구성 요소는 사용자 입력, 논리적 조건 또는 심지어 센서 수준에 기반한 편리한 스위칭 메커니즘을 제공합니다. 스위칭은 저속 디지털 인터페이스나 구성 요소의 활성화 핀에 적용된 DC(예: GPIO로 제공됨)로 트리거됩니다. 스위치 IC는 일반적인 기계적 스위치(SPST, SPDT 등)와 동일한 전기적 기능을 제공하여 전자 시스템에 쉽게 구현할 수 있습니다.

시스템에 스위치 IC를 선택할 때 다음 사양에 주의하세요:

극, 투구, 및 채널. 스위치 IC는 일반적으로 SPST, SPDT, 또는 DPDT 유형입니다. 여러 스위치(즉, 채널)가 같은 패키지에 나타날 수 있습니다.
아날로그 대 디지털 스위치. 사용 가능한 두 가지 유형의 스위치가 있으며, 이들은 항상 상호 교환 가능한 것은 아닙니다. 이 두 유형의 스위치는 아래에서 논의될 것입니다.
대역폭 및 저항/임피던스. 고주파수에서는 스위치에서 신호 반사가 없도록 임피던스 매칭이 필요할 수 있어 중요해집니다. 다이와 스위칭 회로 구조도 스위치의 대역폭을 제한할 것입니다. 고주파수의 경우, 스위치를 보는 입력 임피던스가 라인 임피던스와 일치하도록 저항을 선택해야 합니다. 이러한 응용 프로그램을 위한 특수 RF 스위치가 있다는 점에 유의하세요.
데이터 속도(디지털 스위치의 경우). 디지털 스위치는 스위치의 대역폭을 결정하는 일정한 상승 시간을 가지고 있습니다. 이것은 장치가 켜질 때 제공될 수 있는 데이터 속도를 제한할 것입니다. 백플레인과 같은 다양한 고속 디지털 인터페이스 간에 전환하는 응용 프로그램의 경우, 이 사양에 주의를 기울이세요.
단일 대 이중 공급 시스템. 레이아웃에 단일 공급 전압이 있는 경우, 가능하다면 단일 공급 스위치를 사용해야 합니다. 이는 레이아웃을 훨씬 더 편리하게 만듭니다. 일부 아날로그 스위치는 부정적인 극성 출력을 제한할 부정적인 공급 핀을 연결해야 한다는 점에 유의하세요.

고속 디지털 데이터를 다룰 때, 데이터를 전환하기 위해 전문적인 크로스포인트 스위치가 사용됩니다. 이러한 구성 요소는 고속 논리를 사용하여 구축되며 특정 프로토콜, 변조 유형(예: NRZ) 또는 신호 표준을 지원하도록 의도되었습니다.

아날로그 스위치 IC

스위치 IC는 디지털과 아날로그 두 가지 종류가 있습니다. 두 유형의 스위치 모두 장점이 있지만, IC에서 출력이 활성화되는 방식 때문에 다이 레벨에서 기능이 다릅니다. 어떤 상황에서는 아날로그 IC를 디지털 신호와 함께 사용할 수 있지만, 그 반대는 사실이 아닙니다.

아날로그 스위치 IC는 켜질 때 디지털 또는 아날로그 신호를 전도할 수 있습니다. 본질적으로, 입력 제어 트리거 신호가 아날로그 스위치를 높은 전도성 상태로 구동하는 릴레이처럼 작동합니다. 아날로그 스위치는 출력에서 아날로그 신호를 복제하기 위해 예상대로 양방향으로도 작동합니다. 그러나, 부하가 너무 작거나 입력 전압 수준이 공급 전압을 초과할 때 출력이 포화될 수 있습니다. 디지털 신호에 대해서도 같은 개념이 적용되지만, 스위치가 버스에서 사용될 때 팬아웃이 방해받지 않도록 해야 합니다.

아날로그 SPDT 스위치의 한 예는 ON Semiconductor의 NLAS4157입니다. 이 장치는 약 0.8 옴의 낮은 온 상태 저항을 가지고 있어 DC 또는 저주파수 아날로그 애플리케이션에 탁월한 선택입니다. 또한 각 출력을 통해 최대 300 mA의 상당히 높은 연속 전류를 지원합니다. 각 출력은 50 옴 부하에 대해 1 MHz에서 -57 dB(전형적인 값)로 평가된 크로스토크로 매우 고립되어 있습니다. 총 고조파 왜곡은 0.5 Vp-p에 대해 0.012%로 평가되며, -3 dB 대역폭은 8 MHz로 평가되어 오디오 애플리케이션에 탁월한 선택입니다.

디지털 스위치 IC

디지털 스위치는 아날로그 신호와 함께 사용할 수 없습니다. 디지털 신호와 함께 사용될 때, 디지털 스위치 IC는 입력 신호의 논리 수준을 복제하려고 시도합니다. 당연히, SPST 스위치의 가장 간단한 구현은 드라이버와 스위치 IC의 논리 패밀리가 동일한 AND 게이트로 이루어집니다. 여러 스위치와 단일 드라이버를 사용할 때 팬아웃도 중요한 점입니다, 비록 독립적인 활성화 트리거와 여러 출력을 가진 버스 스위치 IC가 있긴 합니다.

2비트 디지털 버스 스위치 IC의 한 예는 Texas Instruments의 SN74CBTD3306입니다. 이 듀얼 FET 스위치 IC는 2개의 독립적인 출력 활성화 핀과 2개의 독립적인 입력을 포함하여 스위치를 두 개의 SPST 스위치 또는 플립플롭 스타일 구성으로 연결할 수 있습니다. 이 구성요소의 유용한 응용 중 하나는 내부 다이오드가 있는 VCC 핀 덕분에 5 V 신호(TTL)를 3.3 V로 레벨 시프팅하는 것입니다. 고속 데이터 전송용으로 설계되지는 않았지만, 활성화 및 비활성화 시간이 ~5 ns이고 전파 지연이 단 250 ps인 빠른 스위칭을 제공합니다.

새로운 시스템에 스위치를 배치해야 할 때 시장에는 많은 옵션이 있지만, 신호를 생성하고 수락하는 다른 구성요소를 사용할 가능성이 높습니다. 스위치 IC와 함께 시스템에서 흔히 발견되는 일부 다른 구성요소는 다음과 같습니다:

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