Wybór i stosowanie układu scalonego przełącznika do zastosowań analogowych i cyfrowych

Wiele urządzeń elektronicznych akceptuje wejście użytkownika za pomocą ręcznego przełączania, ale nie zawsze jest to najlepszy sposób na wywołanie warunku logicznego w każdym systemie. Co jeśli mamy system wbudowany, który łączy się z jakimś interfejsem API w sieci i nie ma mechanicznego przełącznika? Co jeśli płyta jest zakopana w większym systemie i nigdy nie będzie dostępna ręcznie?

Układ scalony przełącznika jest doskonałą opcją do aktywowania peryferiów na podstawie warunków logicznych lub wejścia użytkownika, które niekoniecznie wiąże się z jakimś komponentem mechanicznym. Układ scalony przełącznika jest aktywowany elektrycznie, czasami za pomocą MCU lub poziomu sygnału analogowego. Gdy musisz zaimplementować tego typu przełączanie w swoim systemie, oto kilka wytycznych, którymi możesz się kierować przy wyborze i używaniu układów scalonych przełączników.

Ważne specyfikacje układów scalonych przełączników

Układ scalony przełącznika to prosty układ scalony, który jest elektrycznym odpowiednikiem mechanicznego przełącznika. Te komponenty zapewniają wygodny mechanizm przełączania na podstawie wejścia użytkownika, warunków logicznych lub nawet poziomu czujnika. Przełączanie jest inicjowane za pomocą niskoszybkościowego interfejsu cyfrowego lub napięcia stałego podanego na pin włączający na komponencie (np. dostarczonego przez GPIO). Układy scalone przełączników mogą zapewniać taką samą funkcję elektryczną jak typowy mechaniczny przełącznik (SPST, SPDT itp.), co ułatwia ich implementację w systemie elektronicznym.

Zwróć uwagę na te specyfikacje, gdy wybierasz układ scalony przełącznika dla swojego systemu:

• Bieguny, przełączenia i kanały. Typowe układy scalone przełączników to SPST, SPDT lub DPDT. W tej samej obudowie może znajdować się wiele przełączników (tj. kanałów).

• Przełącznik analogowy vs cyfrowy. Dostępne są dwa typy przełączników, które nie zawsze są wymienne. Te dwa typy przełączników zostaną omówione poniżej.

• Pasmo przenoszenia i oporność/impedancja. Ma to znaczenie tylko przy wysokich częstotliwościach, gdzie może być potrzebne dopasowanie impedancji, aby zapewnić brak odbicia sygnału na przełączniku. Struktura obwodu przełączającego i die również ograniczy pasmo przenoszenia przełącznika. Dla wysokich częstotliwości oporność powinna być wybrana tak, aby impedancja wejściowa patrząc na przełącznik odpowiadała impedancji linii. Zwróć uwagę, że dostępne są specjalistyczne przełączniki RF do tych zastosowań.

• Prędkość transmisji danych (dla przełączników cyfrowych). Przełączniki cyfrowe mają pewien czas narastania, który określa pasmo przenoszenia przełącznika. Ograniczy to prędkość transmisji danych, która może być dostarczona, gdy urządzenie jest włączone. W aplikacjach, gdzie potrzebne jest przełączanie między różnymi szybkimi interfejsami cyfrowymi, takimi jak w szynie magistrali, zwróć uwagę na tę specyfikację.

• System z pojedynczym vs podwójnym zasilaniem. Jeśli masz pojedyncze napięcie zasilania w swoim układzie, wtedy powinieneś użyć przełącznika z pojedynczym zasilaniem, jeśli to możliwe, ponieważ czyni to układ znacznie bardziej wygodnym. Zauważ, że niektóre przełączniki analogowe wymagają podłączenia pinu z ujemnym napięciem zasilania, co ograniczy ujemną polaryzację wyjściową z komponentu.

Przy pracy z szybkimi danymi cyfrowymi używany jest specjalizowany przełącznik krzyżowy do przełączania danych. Te komponenty są budowane przy użyciu szybkiej logiki i są przeznaczone do obsługi określonych protokołów, typów modulacji (np. NRZ) lub standardów sygnalizacji.

Układy scalone przełączników analogowych

Układy scalone przełączników występują w wariantach cyfrowych i analogowych. Oba typy przełączników mają swoje zalety, ale różnią się funkcjonowaniem na poziomie die ze względu na sposób, w jaki jest włączane wyjście w układzie scalonym. Można używać układu scalonego analogowego z sygnałami cyfrowymi w niektórych sytuacjach, ale odwrotnie to nie działa.

Układ scalony przełącznika analogowego może przewodzić sygnały cyfrowe lub analogowe, gdy jest włączony. W istocie działają jak przekaźnik, gdzie sygnał sterujący na wejściu uruchamia przełącznik analogowy w stanie wysokiej przewodności. Przełączniki analogowe są również dwukierunkowe, jak można się spodziewać, aby przełącznik mógł replikować sygnał analogowy na wyjściu. Jednak wyjście może się nasycić, zarówno gdy obciążenie jest zbyt małe, jak i gdy poziom napięcia wejściowego przekracza napięcie zasilania. Ta sama idea dotyczy sygnałów cyfrowych, chociaż w przypadku sygnałów cyfrowych musimy tylko upewnić się, że fanout nie jest zakłócony, gdy przełącznik jest używany na magistrali.

Jednym z przykładów analogowego przełącznika SPDT jest NLAS4157 od ON Semiconductor. To urządzenie ma niską rezystancję w stanie załączenia około 0,8 Ohma, co czyni go doskonałym wyborem dla aplikacji DC lub analogowych o niskiej częstotliwości. Obsługuje również stosunkowo wysoki ciągły prąd przez każde wyjście do 300 mA. Każde wyjście jest również wysoko izolowane z tłumieniem przejścia na poziomie -57 dB (wartość typowa) przy 1 MHz dla obciążenia 50 Ohm. Całkowite zniekształcenie harmoniczne jest oceniane na 0,012% dla 0,5 Vp-p, a pasmo -3 dB jest oceniane na 8 MHz, co czyni ten komponent doskonałym wyborem dla aplikacji audio.

Układy scalone przełączników cyfrowych

Przełączników cyfrowych nie można używać z sygnałami analogowymi. Gdy są używane z sygnałem cyfrowym, układ scalony przełącznika cyfrowego próbuje replikować poziom logiki sygnału wejściowego. Oczywiście, najprostsza implementacja przełącznika SPST to z użyciem bramki AND, gdzie rodziny logiczne sterownika i układu scalonego przełącznika są takie same. Fanout jest również ważnym punktem tutaj, gdy używa się pojedynczego sterownika z wieloma przełącznikami, chociaż dostępne są układy scalone przełączników magistrali z wieloma wyjściami i niezależnymi wyzwalaczami.

Przykładem 2-bitowego układu scalonego przełącznika magistrali cyfrowej jest SN74CBTD3306 od Texas Instruments. Ten podwójny układ scalony przełącznika FET zawiera 2 niezależne piny włączania wyjścia i 2 niezależne wejścia, co pozwala na podłączenie przełącznika jako dwóch przełączników SPST lub konfiguracji w stylu przerzutnika. Jednym z przydatnych zastosowań tego komponentu jest przesuwanie poziomu sygnałów 5 V (TTL) do 3,3 V dzięki wewnętrznej diodzie na pinie VCC. Chociaż nie jest przeznaczony do transmisji danych o wysokiej prędkości, zapewnia szybkie przełączanie z czasami włączania i wyłączania około 5 ns oraz tylko 250 ps opóźnienia propagacji.

Gdy potrzebujesz umieścić przełącznik w swoim nowym systemie, na rynku jest wiele opcji, ale prawdopodobnie będziesz używać innych komponentów do generowania i akceptowania sygnałów. Niektóre inne komponenty, które są powszechnie znajdowane w systemach z układami scalonymi przełączników to:

• HMI do akceptowania danych wejściowych użytkownika

• Specjalistyczne wzmacniacze

• Przetworniki ADC do zastosowań w systemach mieszanych sygnałów

Jeśli szukasz układu przełączającego IC lub innych komponentów do swojego nowego projektu, użyj zaawansowanych funkcji wyszukiwania i filtracji w Octopart, aby znaleźć potrzebne części. Wyszukiwarka elektroniki w Octopart oferuje dostęp do aktualizowanych danych cenowych dystrybutorów, zapasów części, specyfikacji części oraz danych CAD, i wszystko to jest swobodnie dostępne w przyjaznym dla użytkownika interfejsie. Zobacz naszą stronę z układami scalonymi, aby znaleźć potrzebne komponenty.

Zachowaj aktualność dzięki naszym najnowszym artykułom, zapisując się na nasz newsletter.