Chọn và Sử dụng IC Chuyển Mạch cho Ứng dụng Tương tự và Số

Created: Tháng Mười Hai 21, 2021
Updated: Tháng Bảy 1, 2024

Nhiều thiết bị điện tử chấp nhận đầu vào từ người dùng thông qua công tắc cơ học, nhưng đây không phải lúc nào cũng là cách tốt nhất để kích hoạt một điều kiện logic trong mọi hệ thống. Nếu chúng ta có một hệ thống nhúng giao tiếp với một số API web và không có công tắc cơ học nào? Nếu bo mạch được chôn trong một hệ thống lớn hơn và không bao giờ có thể truy cập một cách thủ công?

Một IC công tắc là một lựa chọn xuất sắc để kích hoạt các thiết bị ngoại vi dựa trên điều kiện logic hoặc đầu vào từ người dùng không nhất thiết liên quan đến một thành phần cơ học nào. Một IC công tắc được kích hoạt bằng điện, đôi khi với một MCU hoặc một mức tín hiệu analog. Khi bạn cần thực hiện loại công tắc này trong hệ thống của mình, đây là một số hướng dẫn bạn có thể theo dõi để chọn và sử dụng IC công tắc.

Thông số Kỹ thuật Quan trọng của IC Công Tắc

Một IC công tắc là một mạch tích hợp đơn giản là tương đương điện của một công tắc cơ học. Những thành phần này cung cấp một cơ chế chuyển mạch tiện lợi dựa trên đầu vào từ người dùng, điều kiện logic, hoặc thậm chí một mức cảm biến. Việc chuyển đổi được kích hoạt bằng một giao diện số tốc độ thấp hoặc DC áp dụng vào chân enable trên thành phần (ví dụ, như được cung cấp bằng GPIO). IC công tắc có thể cung cấp cùng một chức năng điện như một công tắc cơ học thông thường (SPST, SPDT, v.v.), làm cho chúng dễ dàng triển khai trong một hệ thống điện tử.

Chú ý đến những thông số kỹ thuật này khi bạn đang chọn một IC công tắc cho hệ thống của mình:

Cực, ném, và kênh. IC công tắc thường là loại SPST, SPDT, hoặc DPDT. Nhiều công tắc (tức là, kênh) có thể xuất hiện trong cùng một gói.
Công tắc analog so với công tắc số. Có hai loại công tắc có sẵn, và chúng không phải lúc nào cũng có thể thay thế cho nhau. Hai loại công tắc này sẽ được thảo luận dưới đây.
Băng thông và trở kháng/điện trở. Điều này chỉ trở nên quan trọng ở tần số cao, nơi mà việc khớp trở kháng có thể cần thiết để đảm bảo không có sự phản xạ tín hiệu tại công tắc. Cấu trúc mạch và chất bán dẫn cũng sẽ giới hạn băng thông của công tắc. Đối với tần số cao, điện trở nên được chọn sao cho trở kháng đầu vào nhìn vào công tắc khớp với trở kháng đường truyền. Lưu ý rằng có công tắc RF chuyên dụng dành cho những ứng dụng này.
Tốc độ dữ liệu (đối với công tắc số). Công tắc số có một thời gian tăng lên quyết định băng thông của công tắc. Điều này sẽ giới hạn tốc độ dữ liệu có thể được cung cấp khi thiết bị được bật. Đối với các ứng dụng cần chuyển đổi giữa các giao diện số tốc độ cao khác nhau, như trong một backplane, hãy chú ý đến thông số kỹ thuật này.
Hệ thống cung cấp đơn so với kép. Nếu bạn có một điện áp cung cấp đơn trong bố cục của mình, thì bạn nên sử dụng một công tắc cung cấp đơn nếu có thể vì nó làm cho bố cục thuận tiện hơn nhiều. Lưu ý rằng một số công tắc analog yêu cầu kết nối một chân cung cấp âm, điều này sẽ giới hạn đầu ra cực âm từ thành phần.

Khi làm việc với dữ liệu số tốc độ cao, một công tắc chéo chuyên dụng được sử dụng để chuyển đổi dữ liệu. Những thành phần này được xây dựng sử dụng logic tốc độ cao và được dự định để hỗ trợ các giao thức cụ thể, các loại điều chế (ví dụ, NRZ), hoặc các tiêu chuẩn tín hiệu.

IC Công Tắc Analog

Các IC công tắc tồn tại dưới dạng số và tương tự. Cả hai loại công tắc đều có những ưu điểm riêng, nhưng chúng hoạt động khác nhau ở cấp độ die do cách mà tín hiệu đầu ra được kích hoạt trong IC. Bạn có thể sử dụng IC tương tự với tín hiệu số trong một số trường hợp, nhưng ngược lại thì không đúng.

Một IC công tắc tương tự có thể dẫn tín hiệu số hoặc tương tự khi được bật. Về bản chất, chúng hoạt động như một rơle, nơi tín hiệu kích hoạt điều khiển đầu vào đưa công tắc tương tự vào trạng thái dẫn điện cao. Công tắc tương tự cũng là hai chiều, như người ta mong đợi để công tắc có thể sao chép tín hiệu tương tự ở đầu ra. Tuy nhiên, đầu ra có thể bão hòa, hoặc khi tải quá nhỏ hoặc khi mức điện áp đầu vào vượt quá điện áp cung cấp. Ý tưởng tương tự áp dụng cho tín hiệu số, mặc dù với tín hiệu số chúng ta chỉ cần đảm bảo fanout không bị xáo trộn khi công tắc được sử dụng trên một bus.

Một ví dụ về công tắc SPDT tương tự là NLAS4157 từ ON Semiconductor. Thiết bị này có điện trở trạng thái bật thấp khoảng ~0.8 Ohm, làm cho nó trở thành một lựa chọn xuất sắc cho các ứng dụng tương tự DC hoặc tần số thấp. Nó cũng hỗ trợ dòng điện liên tục qua mỗi đầu ra lên đến 300 mA. Mỗi đầu ra cũng được cách ly cao với crosstalk đạt -57 dB (giá trị điển hình) tại 1 MHz cho tải 50 Ohm. Tổng méo hài tổng là 0.012% cho 0.5 Vp-p, và băng thông -3 dB được đánh giá ở 8 MHz, làm cho thành phần này trở thành một lựa chọn xuất sắc cho các ứng dụng âm thanh.

Các IC Công Tắc Số

Các công tắc số không thể được sử dụng với tín hiệu tương tự. Khi được sử dụng với tín hiệu số, một IC công tắc số cố gắng sao chép mức logic của tín hiệu đầu vào. Rõ ràng, cách triển khai đơn giản nhất của một công tắc SPST là với một cổng AND, nơi các họ logic của trình điều khiển và IC công tắc là giống nhau. Fanout cũng là một điểm quan trọng ở đây khi sử dụng một trình điều khiển đơn với nhiều công tắc, mặc dù có sẵn các IC công tắc bus với nhiều đầu ra và kích hoạt độc lập.

Một ví dụ về IC công tắc bus số 2-bit là SN74CBTD3306 từ Texas Instruments. IC công tắc FET kép này bao gồm 2 chân kích hoạt đầu ra độc lập và 2 đầu vào độc lập, cho phép công tắc được kết nối như hai công tắc SPST hoặc cấu hình kiểu flip-flop. Một ứng dụng hữu ích của thành phần này là trong việc chuyển mức tín hiệu 5 V (TTL) xuống 3.3 V nhờ một diode nội bộ trên chân VCC. Mặc dù không được thiết kế cho truyền dữ liệu tốc độ cao, nó cung cấp chuyển mạch nhanh với thời gian kích hoạt và tắt khoảng ~5 ns với chỉ 250 ps độ trễ truyền.

Khi bạn cần đặt một công tắc trong hệ thống mới của mình, có nhiều lựa chọn trên thị trường, nhưng bạn sẽ có khả năng sử dụng các thành phần khác để tạo ra và nhận tín hiệu. Một số thành phần khác thường được tìm thấy trong các hệ thống với IC công tắc là:

Nếu bạn đang tìm kiếm một IC chuyển mạch hoặc bất kỳ linh kiện nào khác cho thiết kế mới của mình, hãy sử dụng các tính năng tìm kiếm và lọc nâng cao trên Octopart để tìm các bộ phận bạn cần. Các tính năng tìm kiếm linh kiện điện tử trên Octopart cung cấp cho bạn quyền truy cập vào dữ liệu giá cập nhật của nhà phân phối, hàng tồn kho, thông số kỹ thuật của bộ phận, và dữ liệu CAD, và tất cả đều dễ dàng truy cập trong một giao diện thân thiện với người dùng. Hãy xem trang mạch tích hợp của chúng tôi để tìm các linh kiện bạn cần.

Hãy cập nhật với các bài viết mới nhất của chúng tôi bằng cách đăng ký nhận bản tin của chúng tôi.