17.5.3. Эксплуатационные параметры.

К эксплуатационным параметрам относятся:

• номинальные значения питающих напряжений;

• токи потребления;

• максимально допустимое значение тока через коммутатор;

• диапазон допустимых значений входного (выходного) напряжения;

• диапазон допустимых значений температуры окружающей среды;

• уровни напряжения управления (как правило, они согласованы с уровнями 0 и 1 ТТЛ и КМОП цифровых микросхем, для чего ИМС аналоговых коммута­торов содержат порой довольно сложные схемы управления собственно клю­чами).

В Табл. 7.1 приведены основные характеристики некоторых типов аналого­вых коммутаторов и мультиплексоров.

43. Применение аналоговых коммутаторов. Влияние нелинейности аналоговых коммутаторов на искажения передаваемых сигналов. Защита коммутаторов от перенапряжений.

17.6.1. Влияние нелинейности аналоговых коммутаторов на искажения передаваемых

сигналов.

Как уже отмечалось выше, сопротивление КМОП-ключа в открытом со­стоянии R_ON изменяется в зависимости от величины и полярности коммутируе­мого напряжения. Графики этой зависимости имеют характерный двугорбый вид, называемый иногда «короной». На Рис. 7.25 приведены графики зависи­мости R_ON от напряжения V_D на стоке (или V_S на истоке) для распространенных мультиплексоров семейства ADG5xx для трех различных значений напряжений двухполярного питания: положительного + V_S и отрицательного-V_S; а на Рис. 7.26 — изменения этих сопротивлений R_ON относительно минимальных значений.

Эта зависимость сопротивления открытого канала от величины входного сигнала известна как модуляция R_ON и указывается в фирменной документации на коммутаторы как неравномерность сопротивления открытого канала R_{FLAT_ON}.Очевидно, что чем больше неравномерность сопротивления открыто­го канала коммутатора в диапазоне изменения входного сигнала, тем больше нелинейные искажения сигнала на его выходе. Поэтому для уменьшения иска­жений целесообразно увеличивать напряжение питания коммутатора и сни­жать диапазон входного сигнала, коммутируемого ключом. Например, для

мультиплексора из семейства ADG5xx, работающего при питании ±15 В, R_ON не превышает 4 Ом в диапазоне входного сигнала ±3 В, увеличиваясь до 12 Ом в диапазоне ±5 В и до 30 Ом в диапазоне ±7 В [7.1]. Можно, конечно, соединить ключ с виртуальной землей операционного усилителя. Это обеспечит низкое напряжение на открытом ключе, что в свою очередь устранит проблемы моду­ляции R_ON, однако во многих случаях требуется коммутировать сигналы отно­сительно высоких напряжений.

Типичный вариант применения мультиплексора, нагруженного на резистор иллюстрируется на Рис. 7.27. Сопротивление показанное в каждом ка­нале мультиплексора — это выходное сопротивление k-го источника сигнала.

В диапазоне возможного изменения сигналов степень их искажения, обу­словленная модуляцией, может быть оценена по формуле [7.1]

(7.1)

Как следует из формулы (7.1), выбирая внешние сопротивления R_L и R_S дос­таточно большими, можно снизить искажение, вносимое каналом коммутато­ра, до желаемого уровня, однако высокие значения сопротивлений резисторов увеличивают шум в канале, требуют применения дополнительных усилителей.

В документации на некоторые модели коммутаторов и мультиплексоров приводятся графики зависимости суммарного коэффициента гармоник (THD) от частоты при R_L=R_S= 600 Ом. Интересно, что обычно они приводятся для режима максимально высоких напряжений питания и диапазона входных на­пряжений 1 В/п-п (означает 1 В от пика до пика напряжения). При этом полу­чается очень красиво — THD не более 0.02% и не зависит от частоты. На прак­тике при увеличении диапазона входных напряжений до оговоренных техническими условиями -V_S < V_IN < +V_S THD резко возрастает.

На Рис. 7.28 приведена номограмма [7.1], которая позволяет быстро оце­нить в первом приближении искажение, вносимое неравномерностью R_ON мультиплексора, включенного по схеме на Рис. 7.27.

Левая шкала номограммы представляет полное сопротивление канала, включая R_ON ключа при V_D(V_S) = 0 В, средняя шкала представляет THD, правая шкала представляет R_ON в выбранном диапазоне изменения сигналов. Для ис­пользования номограммы следует провести прямую линию между соответст­вующими точками внешних шкал. Точка пересечения этой прямой со средней шкалой определяет ожидаемый уровень THD.

Пример. 7.1. Мультиплексор семейства ADG5xx, характеристики которого приведены на Рис. 7.25 включен по схеме на Рис. 7.27. Питание ±15 В. При V_D(V_S) = 0B R_ON = 150 Ом. В диапазоне V_IN ±12 В R_ON = 60 0m. Если R_s= 0, R_L=4kOm, то, как следует из номограммы, THD = 0.3% (—50 дБ) (прямая 1 на Рис. 7.28). В случае R_L =20kOm, характеристики улучшаются, и получаем THD = 0.083% (-62 дБ) (прямая 2).