Вам бонус- начислено 1 монета за дневную активность. Сейчас у вас 1 монета

10.4. Аналоговые коммутаторы кратко

Лекция



Привет, Вы узнаете о том , что такое Аналоговые коммутаторы, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое Аналоговые коммутаторы , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Компьютерная схемотехника и архитектура компьютеров.

Аналоговые коммутаторы служат для переключения аналоговых сигналов. Если коммутатор находится в состоянии ”включено”, его выходное напряжение должно, по возможности, точно равняться входному, если же коммутатор находится в состоянии ”выключено”, выходное напряжение должно быть как можно ближе к нулю.

Существуют различные схемные решения коммутаторов, удовлетворяющие указанным условиям. Их принцип действия показан на рис.10.5 на примере механических ( контактных) переключателей.

10.4. Аналоговые коммутаторы

Рис.10.5. Схемы механических коммутаторов: а) последовательный,

б) параллельный, в) последовательно-параллельный

Аналоговые коммутаторы, показанные на рис.10.5, могут быть реализованы на электронных компонентах с управляемым сопротивлением, имеющие малое минимальное и высокое максимальное значения. Для этих целей могут использоваться диодные мосты, биполярные и полевые транзисторы. Вследствие неидеальности они вносят ряд статических и динамических погрешностей в коммутируемые сигналы. В число основных источников погрешностей входят:

  • проходное сопротивление электронного ключа не равно нулю во включенном состоянии,

  • наличие не равного нулю остаточного напряжения на замкнутом ключе при нулевом коммутируемом сигнале,

  • нелинейная зависимость сопротивления ключа от напряжения (тока) как на сигнальном, так и на управляющем входах,

  • взаимовлияние управляющего и коммутируемого сигналов,

  • наличие целого ряда паразитных емкостей, одни из которых приводят к ослаблению высокочастотных составляющих коммутируемого сигнала при замкнутом ключе, а также между управляющими и сигнальными цепями,

  • ограниченный динамический диапазон коммутируемых токов и напряжений.

Ключи на биполярных транзисторах и в особенности на диодных мостах потребляют значительную мощность по цепям управления и имеют сравнительно большое остаточное напряжение, составляющее единицы мВ, что вносит заметную погрешность при коммутации слабых сигналов ( менее 100мВ). Такие ключи имеют высокое быстродействие ( время переключения диодных ключей, выполненных на диодах Шоттки, достигает 1 нС) и применяются для построения сверхскоростных коммутаторов. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . В менее быстродействующих коммутаторах гораздо шире применяются ключи на полевых транзисторах.

Схемы коммутаторов с ключами на МОП-транзисторах приведены на рис.10.6.

10.4. Аналоговые коммутаторы

Рис.10.6. Последовательные коммутаторы с ключами на МОП транзисторах: а) на n-канальном МОП транзисторе, б) на КМОП транзисторах

Ключ на рис.10.6а предназначен для коммутации положительных напряжений, которые, как минимум на 5 В, меньше VCTRL. При напряжении затвор-исток VGS≤0 сопротивление канала достигает десятков ГОм и сигнал не проходит через ключ. Подача на затвор относительно истока значительного положительного напряжения переводит канал в проводящее состояние с сопротивление от 1 до 300 Ом.

Лучшими характеристиками обладают ключи на комплиментарных МОП-транзисторах (КМОП-ключи), рис.10.6б. Здесь на подложку транзистора VT1 подается положительное питающее напряжение +VS, а на подложку транзистора VT2 отрицательное питающее напряжение –VS.

При высоком уровне управляющего сигнала напряжение на затворе n-канального транзистора VT2 практически равно +VS. В этом случае транзистор VT2 проводит сигналы с уровнями от –VS до величины лишь на несколько вольт ниже +VS. В то же время напряжение на затворе p-канального VT1 практически равно –VS и он пропускает сигналы с уровнями от +VS до значения на несколько вольт выше –VS. Таким образом все сигналы в диапазоне от –VS до +VS проходят через параллельно включенные VT1 и VT2.

При низком уровне управляющего сигнала оба транзистора заперты.

Эта схема одинаково работает в двух направлениях – ее сигнальные контакты S ( source – исток) и D ( drain – сток) могут служить как входом, так и выходом.

В качестве примера использования аналоговых ключей можно привести аналоговый мультиплексор (рис.10.7). Он позволяет выбрать один из нескольких входов, соответствующий поданному на него адресу. Такие мультиплексоры выпускаются либо отдельно, либо могут быть встроены в аналого-цифровой преобразователь или аналогичные устройства.

Каждый из ключей на рис.10.7 от S0 до S3 представляет собой аналоговый КМОП –ключ. Дешифратор декодирует адрес, представленный в двоичном коде, и включает только адресованный ключ, блокируя остальные. Вход разрешения E необходим для наращивания числа коммутируемых источников сигналов, если на этот вход подать сигнал низкого уровня, то независимо от состояния адресных входов все ключи мультиплексора разомкнуты. Так как аналоговые КМОП-ключи являются двунаправленными устройствами, аналоговый мультиплексов является одновременно и демультиплексором, то есть сигнал может быть подан на выход мультиплексора и снят с избранного входа.

10.4. Аналоговые коммутаторы

Рис.10.7. Схема аналогового мультиплексора 4х1: а) функциональная схема, б) условное обозначение

Для сложных коммутаций аналоговых аудио- и дидеосигналов предназначены так называемые матричные коммутаторы ( crosspoint switch). Их применяют в тех случаях, когда требуется соединить в заданной конфигурации несколько источников сигнала с несколькими приемниками, включая соединения, при которых к одному источнику сигнала подключаются несколько приемников. Это необходимо для видеосерверов, систем передачи видеосигналов, устройств видеонаблюдения, видеоконференций, аудиоприложений и др..

Для примера на рис.10.8 представлена блочно-функциональная схема микросхем матричных коммутаторов 8х8 AD8108/09 производства фирмы Analog Devises.

10.4. Аналоговые коммутаторы

Рис.10.8. Блочно-функциональная схема микросхем AD8108/09

Поскольку здесь возможно подключение к источнику сигнала до восьми приемников, для уменьшения нагрузки на входы используются выходные буферные усилители. Эти усилители в AD8108 имеют единичное усиление по напряжению, а в AD8109 коэффициент усиления буферных усилителей равен двум.

Микросхемы AD8108/09 используют матрицу с 64 входными каскадами, организованными как восемь мультиплексоров 8х1. Выходы этого матричного коммутатора способны работать на стандартную 150 омную видеонагрузку при низком уровне искажений сигналов ( дифференциальные амплитудная и фазовая погрешности не превышают 0,02% и 0,02° соответственно). Входы обладают высоким сопротивлением (10 Мом) и малой емкостью (2,5 пФ). Выходы имеют низкое сопротивление (0,2 Ом на постоянном токе), но могут быть переведены в высокоимпедансное состояние ( до 10 МОм).

Коммутаторы AD8108/09 управляются двумя способами: последовательным и параллельным вводом данных. В первом случае через последовательный вход данных DATA IN вводится 32-разрядное управляющее слово, которое полностью определяет конфигурацию коммутатора. Для изменения состояния одного единственного ключа нужно полностью перепрограммировать матрицу 32-разрядным словом. При параллельном способе можно переключить один ключ, подав на входы данных (4 линии) и адреса (3 линии) микросхемы 7-разрядное слово в параллельном коде.

Фирма Analog Devises выпускает также матричные коммутаторы размерностью 16х8 (AD8110/11) и 16х16 (AD8113/14/15/15).

Исследование, описанное в статье про Аналоговые коммутаторы, подчеркивает ее значимость в современном мире. Надеюсь, что теперь ты понял что такое Аналоговые коммутаторы и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Компьютерная схемотехника и архитектура компьютеров

Из статьи мы узнали кратко, но содержательно про Аналоговые коммутаторы
создано: 2020-05-03
обновлено: 2021-03-13
132265



Рейтиг 9 of 10. count vote: 2
Вы довольны ?:


Найди готовое или заработай

С нашими удобными сервисами без комиссии*

Как это работает? | Узнать цену?

Найти исполнителя
$0 / весь год.
  • У вас есть задание, но нет времени его делать
  • Вы хотите найти профессионала для выплнения задания
  • Возможно примерение функции гаранта на сделку
  • Приорететная поддержка
  • идеально подходит для студентов, у которых нет времени для решения заданий
Готовое решение
$0 / весь год.
  • Вы можите продать(исполнителем) или купить(заказчиком) готовое решение
  • Вам предоставят готовое решение
  • Будет предоставлено в минимальные сроки т.к. задание уже готовое
  • Вы получите базовую гарантию 8 дней
  • Вы можете заработать на материалах
  • подходит как для студентов так и для преподавателей
Я исполнитель
$0 / весь год.
  • Вы профессионал своего дела
  • У вас есть опыт и желание зарабатывать
  • Вы хотите помочь в решении задач или написании работ
  • Возможно примерение функции гаранта на сделку
  • подходит для опытных студентов так и для преподавателей



Комментарии


Оставить комментарий
Если у вас есть какое-либо предложение, идея, благодарность или комментарий, не стесняйтесь писать. Мы очень ценим отзывы и рады услышать ваше мнение.
To reply

Компьютерная схемотехника и архитектура компьютеров

Термины: Компьютерная схемотехника и архитектура компьютеров