Выбор и использование интегральной схемы переключателя для аналоговых и цифровых приложений

Создано: 21 Декабря, 2021
Обновлено: 1 Июля, 2024

Многие электронные устройства принимают пользовательский ввод с помощью ручного переключения, но это не всегда лучший способ активации логического условия в каждой системе. Что, если у нас есть встроенная система, которая взаимодействует с некоторым веб-API, и нет механического переключателя? Что, если плата заключена в более крупную систему и никогда не будет доступна для ручного доступа?

Микросхема переключателя является отличным вариантом для активации периферийных устройств на основе логических условий или пользовательского ввода, который не обязательно включает в себя какой-либо механический компонент. Микросхема переключателя активируется электрически, иногда с помощью МКУ или уровня аналогового сигнала. Когда вам нужно реализовать этот тип переключения в вашей системе, вот некоторые рекомендации, которым вы можете следовать при выборе и использовании микросхем переключателей.

Важные характеристики микросхемы переключателя

Микросхема переключателя - это простая интегральная схема, которая является электрическим аналогом механического переключателя. Эти компоненты обеспечивают удобный механизм переключения на основе пользовательского ввода, логических условий или даже уровня датчика. Переключение активируется с помощью низкоскоростного цифрового интерфейса или постоянного тока, подаваемого на вывод включения компонента (например, как это делается с помощью GPIO). Микросхемы переключателей могут обеспечивать ту же электрическую функцию, что и типичный механический переключатель (SPST, SPDT и т. д.), что делает их легко внедряемыми в электронную систему.

Обратите внимание на эти характеристики, когда выбираете микросхему переключателя для вашей системы:

Полюса, перебросы и каналы. Микросхемы переключателей обычно бывают типов SPST, SPDT или DPDT. В одном корпусе может быть несколько переключателей (т.е. каналов).
Аналоговый против цифрового переключателя. Существуют два типа переключателей, которые доступны, и они не всегда взаимозаменяемы. Эти два типа переключателей будут обсуждены ниже.
Пропускная способность и сопротивление/импеданс. Это становится важным на высоких частотах, где может потребоваться согласование импедансов, чтобы обеспечить отсутствие отражения сигнала на переключателе. Структура кристалла и переключающей схемы также ограничивает пропускную способность переключателя. Для высоких частот сопротивление должно быть выбрано так, чтобы входной импеданс, смотрящий на переключатель, соответствовал импедансу линии. Обратите внимание, что существуют специализированные РЧ-переключатели для этих приложений.
Скорость передачи данных (для цифровых переключателей). У цифровых переключателей есть некоторое время нарастания, которое определяет пропускную способность переключателя. Это ограничит скорость передачи данных, которая может быть обеспечена при включении устройства. Для приложений, где требуется переключение между различными высокоскоростными цифровыми интерфейсами, например, в бэкплейне, обратите внимание на эту характеристику.
Система с одним или двойным питанием. Если в вашей схеме есть одно напряжение питания, то если возможно, следует использовать переключатель с одним источником питания, поскольку это делает схему гораздо удобнее. Обратите внимание, что некоторые аналоговые переключатели требуют подключения вывода отрицательного питания, что ограничит отрицательную полярность выхода с компонента.

При работе с высокоскоростными цифровыми данными используется специализированный кросспойнт-переключатель для переключения данных. Эти компоненты созданы с использованием высокоскоростной логики и предназначены для поддержки конкретных протоколов, типов модуляции (например, NRZ) или стандартов сигнализации.

Аналоговые микросхемы переключателей

Микросхемы переключателей бывают цифровыми и аналоговыми. Оба типа переключателей имеют свои преимущества, но они работают по-разному на уровне кристалла из-за способа активации выходного сигнала в микросхеме. Аналоговую микросхему можно использовать с цифровыми сигналами в некоторых ситуациях, но обратное неверно.

Аналоговая микросхема переключателя может проводить цифровые или аналоговые сигналы, когда включена. По сути, они действуют как реле, где входной управляющий сигнал переводит аналоговый переключатель в состояние высокой проводимости. Аналоговые переключатели также являются двунаправленными, как и следовало ожидать, чтобы переключатель мог воспроизводить аналоговый сигнал на выходе. Однако выход может насыщаться, либо когда нагрузка слишком мала, либо когда уровень входного напряжения превышает напряжение питания. Та же идея применима к цифровым сигналам, хотя с цифровыми сигналами нам нужно только убедиться, что фанаут не нарушен, когда переключатель используется на шине.

Одним из примеров аналогового переключателя SPDT является NLAS4157 от ON Semiconductor. Это устройство имеет низкое сопротивление во включенном состоянии около 0.8 Ом, что делает его отличным выбором для приложений постоянного тока или аналоговых приложений низкой частоты. Оно также поддерживает довольно высокий непрерывный ток через каждый выход до 300 мА. Каждый выход также хорошо изолирован с перекрестными помехами на уровне -57 дБ (типичное значение) на частоте 1 МГц для нагрузки 50 Ом. Общее гармоническое искажение оценивается в 0.012% для 0.5 Вп-п, а полоса пропускания -3 дБ оценивается в 8 МГц, что делает этот компонент отличным выбором для аудиоприложений.

Цифровые микросхемы переключателей

Цифровые переключатели не могут использоваться с аналоговыми сигналами. Когда используются с цифровым сигналом, цифровая микросхема переключателя пытается воспроизвести логический уровень входного сигнала. Очевидно, что самая простая реализация переключателя SPST - это с помощью логического элемента И, где логические семейства драйвера и микросхемы переключателя совпадают. Фанаут также является важным моментом здесь, когда используется один драйвер с несколькими переключателями, хотя существуют микросхемы переключателей шины с несколькими выходами и независимыми триггерами включения.

Примером 2-битной цифровой микросхемы переключателя шины является SN74CBTD3306 от Texas Instruments. Эта двойная микросхема переключателя FET включает 2 независимых выходных пина включения и 2 независимых входа, позволяя подключить переключатель как два переключателя SPST или в конфигурации стиля триггера. Одно из полезных применений этого компонента - сдвиг уровня сигналов 5 В (TTL) до 3.3 В благодаря внутреннему диоду на выводе VCC. Хотя он не предназначен для передачи данных высокой скорости, он обеспечивает быстрое переключение с временем включения и выключения ~5 нс и задержкой распространения всего 250 пс.

Когда вам нужно установить переключатель в вашу новую систему, на рынке есть множество вариантов, но, скорее всего, вы будете использовать другие компоненты для генерации и приема сигналов. Некоторые другие компоненты, которые часто встречаются в системах с микросхемами переключателей:

Если вы ищете микросхему переключателя или любые другие компоненты для вашей новой разработки, используйте расширенный поиск и фильтрацию на Octopart, чтобы найти необходимые детали. Поисковая система электронных компонентов на Octopart предоставляет доступ к актуальным данным о ценах дистрибьюторов, наличии на складах, спецификациям деталей и CAD-данным, и всё это доступно в удобном интерфейсе. Посмотрите нашу страницу с интегральными схемами, чтобы найти необходимые компоненты.

Оставайтесь в курсе наших последних статей, подписавшись на нашу рассылку.