6.5. Аналоговые ключи и мультиплексоры-демультиплексоры

Принцип построения аналоговых ключей был рассмотрен в § 5.2 (см. рис. 5.20). Эти ключи выполняются по КМОП-технологии и позволяют создавать схемы с двунаправленной передачей сигналов, представленных как в аналоговой, так и в цифровой форме. Выпускаемые в интегральном исполнении аналоговые ключи пригодны для коммутации и двуполярных аналоговых сигналов. Ключ управляется цифровым сигналом

ОЕ (Output Enable), переводящим его в открытое или закрытое состояние В открытом состоянии сопротивление ключа мало — от единиц до сотен Ом включено), а в выключенном состоянии сопротивление ключа велико — от десятков до сотен выключено).

Аналоговые ключи.

На рис. 6.54 приведены аналоговые ключи ключ):

176КТ1, 561КТЗ, 74ЯС4016, 74ЯС4066 - четыре аналоговых ключа, различающиеся величиной и видом передаточной функции (при ключ открыт, при ключ закрыт);

74НС4316 - четыре аналоговых ключа (при соответствующий ключ открыт, при ключ закрыт,

Рис. 6.54

Для аналоговых ключей входы и выходы неразличимы, поэтому любой вход может служить выходом, а любой выход входом.

Основными параметрами, характеризующими качество аналоговых ключей, являются сопротивление ключа в открытом состоянии тих (типовое и максимальное значения), время включения и максимальный коммутируемый ток (ток аналогового сигнала; Для типовых аналоговых ключей и мультиплексоров-демультиплексоров

Параметры некоторых ключей приведены в табл. П2.3.

Для обозначения питания аналоговых ключей используются обозначения: при коммутации цифровых и однополярных аналоговых сигналов). На величину коммутируемого аналогового сигнала накладывается ограничение: где напряжение аналогового сигнала. Напряжение питания но при этом всегда должно выполняться соотношение

Одной из важнейших характеристик аналоговых ключей является их линейность — степень независимости передаточной функции величины сопротивления уровня входного коммутируемого напряжения. Ключи можно считать линейными только при малых уровнях входного сигнала по сравнению с величиной напряжений питания и уровнями управляющего сигнала

На рис. 6.55,а показана схема включения для коммутации двухполярных аналоговых сигналов с уровнями до ±5 В. Цифровые управляющие сигналы обычно имеют КМОП-уровни, для коммутации же двухполярных аналоговых сигналов требуется переключение их уровней с на Для преобразования КМОП-уровней управляющих сигналов включена выходные сигналы которой переключаются с на (если сигнал имеет уровень логической 1, то уровень сигнала равен а если сигнал имеет уровень логического 0, то уровень равен

В структурных схемах удобно использовать упрощенное графическое изображение аналоговых ключей, показанное на рис. Аналоговые ключи находят применение для коммутации резисторов и конденсаторов с целью изменения их величины в цепях между некоторыми двумя полюсами. На рис. 6.55,в показана схема коммутации резисторов в цепи между полюсами А и В. Сопротивление данной цепи определяется соотношением

Такие схемы могут быть использованы для создания электронных аттенюаторов. Для коммутации конденсаторов в цепи между полюсами используется схема, показанная на рис. 6.55, г. Емкость цепи между полюсами определяется соотношением

(кликните для просмотра скана)

Рис. 6.55 (продолжение)

Классификация типов выпускаемых аналоговых ключей поясняется рис. 6.55, д:

SPST (Single-pole single-throw)

— однополюсный выключатель,

PST (Double-pole single-throw) - двухполюсный выключатель,

SPDT (Single-pole double-throw) - однополюсный переключатель на два положения,

DPDT - двухполюсный переключатель на два положения.

Все аналоговые ключи, изображенные на рис. 0.51 принадлежат к типу SPST. На аналоговых ключах легко построить аналоговый мультиплексор-демультиплексор который может выполнять функции как мультиплексора, так и демультиплексора в силу двунаправленности передачи информации аналоговыми ключами. На рис. 6.55,а показана схема Здесь также входы могут служить выходами, а выход входом, если схема используется в качестве демультиплексора.

Схема MUХ-DMUX с независимым управлением ключами сигналами показана на рис. Управление данным MUX-DMUX должно производиться прямым унитарным кодом только один разряд которого имеет активный уровень.

Схема MVX-DMUX с адресными сигналами

и приведена на рис. 6.55, з (значение сигнала переводит все ключи в закрытое состояние). Для коммутации двуполярных аналоговых сигналов демультиплексор, формирующий управляющие сигналы должен содержать преобразователь уровней, подобный показанному на рис. 6.55,а. При коммутации цифровых сигналов MUX-DMUX описывается функциями:

при использовании MUX-DMUX в качестве мультиплексора и

при использовании MUX-DMUX в режиме демультиплексора.

При желании аналоговые ключи можно использовать для выполнения элементарных переключательных функций ИЛИ и И. Способы включения ключей для этой цели представлены на рис. 6.55,и. Нагрузочные резисторы обеспечивают необходимые логические уровни выходного сигнала у в Z-состоянии выхода ключей. Величина сопротивления может составлять сотни Аналоговые ключи находят широкое применение в системах обработки аналоговой и цифровой обработки.

Мультиплексоры-демультиплексоры. Выпускаемые в интегральном исполнении MUX-DMUX строятся по принципу, показанному на рис. 6.55, з, и содержат встроенный преобразователь уровней управляющих сигналов. На рис. 6.56 приведены ИС:

1561КП5 - три MUX-DMUX 2 - 1/1 - 2 с независимой адресацией и общим сигналом включения ОЕ;

С D4053B, 74ЯС4053 — три UX-DMUX 2 - 1/1 - 2 с независимыми адресными сигналами и общим сигналом включения

CD4097B - двухразрядный

MC14529B - двухразрядный с независимыми сигналами включения ;

(кликните для просмотра скана)

Рис. 6.56 (продолжение) (см. скан)

74НС-4351 - MUX-DMUX 8 - 1/1 - 8 с асинхронным потенциальным адресным регистром;

74НС4352 - двухразрядный асинхронным потенциальным адресным регистром;

74НС4353 - три с асинхронным потенциальным адресным регистром, независимой адресацией и общим сигналом включения

Все MUX-DMUX описываются соотношениями, подобными (6.11) и (6.12), при использовании их для коммутации цифровых сигналов. Независимая адресация каналов в описывается соотношением:

Адресные регистры в ИС описываются функцией переходов

где номер триггера в адресном регистре.

На величину коммутируемого аналогового сигнала накладывается ограничение: где Допустимые значения аналогового сигнала. Напряжение питания но при этом всегда должно выполняться соотношение

Двухразрядный например можно включить так, что один разряд будет работать как мультиплексор, а другой — как демультиплексор. Если же соединить выводы 3 и 13, то получится 4-разрядный адресуемый ключ (вывод соединяется с выводом при подаче на адресные входы числа а при подаче числа оба ключа, соединяющих вывод с выводом разомкнуты).

Аналоговые ключи и мультиплексоры-демультиплексоры серий 590 и 591.

На рис. 6.57 показаны аналоговые ключи и мультиплексоры-демультиплексоры для цифровых и аналоговых сигналов серии 590, выполняющие функции:

590КН2, 590КН10, 590K1I13 - четыре аналоговых ключа типа (при ключ открыт, при ключ закрыт: В — для и и

590KН3 - двухразрядны и ;

590КН4 - два аналоговых ключа типа (при включен канал 0, а канал 1 закрыт; при включен канал 1, а канал 0 закрыт; если соединить выводы 5 и 9, то получится ключ типа ;

590KН5 - то же, что и но для больших значений коммутируемых напряжений ;

590КН7 - аналоговый ключ типа (при замкнуты ключи 00 и 10, а при замкнуты ключи и 11; если соединить выводы 3 и 1, то получится ;

590КН9 - два низкоомных аналоговых ключа типа ;

590KН12 - четыре аналоговых ключа типа с асинхронным потенциальным адресным регистром, описываемым

(кликните для просмотра скана)

(см. скан)

соотношением

где номер триггера в адресном регистре ;

591KН2 - двухразрядный ;

Ключи 590KН10 характеризуются малой амплитудой выбросов напряжения на аналоговых выходах при изменении управляющего сигнала, а ключи высоким быстродействием. Основные параметры аналоговых ключей и мультиплексоров-демультиплексоров серий 590 и 591 приведены в табл. время включения, ток потребления от источника питания или