Selecionando e Usando um CI de Chave para Aplicações Analógicas e Digitais

Criada: Dezembro 21, 2021
Atualizada: Julho 1, 2024

Muitos eletrônicos aceitam entrada do usuário com comutação manual, mas essa nem sempre é a melhor maneira de acionar uma condição lógica em todos os sistemas. E se tivermos um sistema embutido que interage com alguma API da web e não houver um interruptor mecânico? E se a placa estiver embutida em um sistema maior e nunca for acessível manualmente?

Um CI de chaveamento é uma excelente opção para ativar periféricos com base em condições lógicas ou entrada do usuário que não envolve necessariamente algum componente mecânico. Um CI de chaveamento é ativado eletricamente, às vezes com um MCU ou um nível de sinal analógico. Quando você precisa implementar esse tipo de chaveamento no seu sistema, aqui estão algumas diretrizes que você pode seguir para selecionar e usar CIs de chaveamento.

Especificações Importantes de CIs de Chaveamento

Um CI de chaveamento é um circuito integrado simples que é o análogo elétrico de um interruptor mecânico. Esses componentes fornecem um mecanismo de chaveamento conveniente com base na entrada do usuário, condições lógicas ou até mesmo um nível de sensor. O chaveamento é acionado com uma interface digital de baixa velocidade ou DC aplicada ao pino de habilitação no componente (por exemplo, como fornecido com um GPIO). CIs de chaveamento podem fornecer a mesma função elétrica que um interruptor mecânico típico (SPST, SPDT, etc.), tornando-os fáceis de implementar em um sistema eletrônico.

Preste atenção nessas especificações quando estiver selecionando um CI de chaveamento para o seu sistema:

Polos, lançamentos e canais. CIs de chaveamento são tipicamente do tipo SPST, SPDT ou DPDT. Vários interruptores (ou seja, canais) podem aparecer no mesmo pacote.
Chave analógica vs. digital. Existem dois tipos de chave disponíveis, e eles nem sempre são intercambiáveis. Esses dois tipos de chaves serão discutidos abaixo.
Largura de banda e resistência/impedância. Isso só se torna importante em altas frequências, onde pode ser necessário o casamento de impedância para garantir que não haja reflexão de sinal na chave. A matriz e a estrutura do circuito de chaveamento também limitarão a largura de banda da chave. Para altas frequências, a resistência deve ser escolhida de modo que a impedância de entrada olhando para a chave corresponda à impedância da linha. Note que existem chaves RF especializadas disponíveis para essas aplicações.
Taxa de dados (para chaves digitais). Chaves digitais têm algum tempo de subida que determina a largura de banda da chave. Isso limitará a taxa de dados que pode ser fornecida quando o dispositivo está ligado. Para aplicações onde a comutação entre diferentes interfaces digitais de alta velocidade é necessária, como em um backplane, preste atenção a essa especificação.
Sistema de fornecimento único vs. duplo. Se você tem uma única tensão de fornecimento no seu layout, então você deve usar uma chave de fornecimento único se possível, pois torna o layout muito mais conveniente. Note que algumas chaves analógicas exigem a conexão de um pino de fornecimento negativo, o que limitará a saída de polaridade negativa do componente.

Ao trabalhar com dados digitais de alta velocidade, uma chave cruzada especializada é usada para comutar dados. Esses componentes são construídos usando lógica de alta velocidade e destinam-se a suportar protocolos específicos, tipos de modulação (por exemplo, NRZ) ou padrões de sinalização.

CIs de Chaveamento Analógico

Os ICs de comutação vêm em variedades digitais e analógicas. Ambos os tipos de comutadores têm suas vantagens, mas funcionam de maneira diferente no nível do die devido à forma como a saída é habilitada no IC. Você pode usar um IC analógico com sinais digitais em algumas situações, mas o inverso não é verdadeiro.

Um comutador IC analógico pode conduzir sinais digitais ou analógicos quando ativado. Essencialmente, eles agem como um relé, onde o sinal de gatilho de controle de entrada aciona o comutador analógico para um estado de alta condutividade. Os comutadores analógicos também são bidirecionais, como se esperaria para que o comutador possa replicar o sinal analógico na saída. No entanto, a saída pode saturar, seja quando a carga é muito pequena ou quando o nível de tensão de entrada excede a tensão de alimentação. A mesma ideia se aplica a sinais digitais, embora com sinais digitais só precisemos garantir que o fanout não seja perturbado quando o comutador é usado em um barramento.

Um exemplo de um comutador SPDT analógico é o NLAS4157 da ON Semiconductor. Este dispositivo tem baixa resistência no estado ligado de ~0,8 Ohm, tornando-o uma excelente escolha para aplicações analógicas de DC ou de baixa frequência. Ele também suporta uma corrente contínua razoavelmente alta através de cada saída de até 300 mA. Cada saída também é altamente isolada com crosstalk avaliado em -57 dB (valor típico) a 1 MHz para uma carga de 50 Ohm. A distorção harmônica total é avaliada em 0,012% para 0,5 Vp-p, e a largura de banda de -3 dB é avaliada em 8 MHz, tornando este componente uma excelente escolha para aplicações de áudio.

Comutadores IC Digitais

Comutadores digitais não podem ser usados com sinais analógicos. Quando usados com um sinal digital, um comutador IC digital tenta replicar o nível lógico do sinal de entrada. Obviamente, a implementação mais simples de um comutador SPST é com um portão AND, onde as famílias lógicas do driver e do comutador IC são as mesmas. O fanout também é um ponto importante aqui ao usar um único driver com múltiplos comutadores, embora existam comutadores IC de barramento disponíveis com múltiplas saídas e gatilhos de habilitação independentes.

Um exemplo de um comutador IC de barramento digital de 2 bits é o SN74CBTD3306 da Texas Instruments. Este comutador FET duplo inclui 2 pinos de habilitação de saída independentes e 2 entradas independentes, permitindo que o comutador seja configurado como dois comutadores SPST ou uma configuração estilo flip-flop. Uma aplicação útil deste componente é no deslocamento de nível de sinais de 5 V (TTL) para 3,3 V graças a um diodo interno no pino VCC. Embora não seja projetado para transmissão de dados de alta velocidade, ele fornece comutação rápida com ~5 ns de tempos de habilitação e desabilitação com apenas 250 ps de atraso de propagação.

Quando você precisa colocar um comutador em seu novo sistema, há muitas opções no mercado, mas você provavelmente estará usando outros componentes para gerar e aceitar sinais. Alguns outros componentes que são comumente encontrados em sistemas com comutadores IC são:

Se você está procurando um CI de comutação ou qualquer outro componente para o seu novo design, use os recursos avançados de busca e filtragem no Octopart para encontrar as peças de que precisa. Os recursos do motor de busca de eletrônicos no Octopart oferecem acesso a dados atualizados de preços de distribuidores, inventário de peças, especificações de peças e dados CAD, e tudo isso é acessível gratuitamente em uma interface amigável ao usuário. Confira nossa página de circuitos integrados para encontrar os componentes de que precisa.

Mantenha-se atualizado com nossos últimos artigos inscrevendo-se em nossa newsletter.