2. Технологическая часть

1. Выбор и описание аналоговых коммутаторов

Аналоговый коммутатор служит для переключения непрерывно изменяющихся электрических 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 или, во всяком случае, должно как можно меньше зависеть от входного [8].

Коммутатор состоит из электронных ключей, связанных определенным образом. Ключи аналоговых сигналов должны обеспечить неискаженную передачу сигналов от источников к приемникам, однако в процессе передачи могут возникнуть и помехи, которые зависят от самих ключей и сигнала управления, например наложение одного сигнала на другой.

Обычно устройство управления коммутатором является цифровым и действует либо по заранее установленной программе, либо под управлением микропроцессоров или мини-ЭВМ (в этом случае программа управления коммутатором может быть изменена). Для выбора определенного ключа и назначения его функции (т.е. включения или отключения) используется адресный дешифратор команд. Кроме того, при передаче сигналов возможны временные задержки, связанные или с быстродействием самих ключей, или с быстродействием устройства управления. И в том и в другом случае возможны потери частей передаваемых сигналов или их искажение[2].

Для исключения потерь при передаче сигналов, а также для согласования сопротивлений источников и приемников сигналов в состав коммутаторов могут входить различные согласующие и нормирующие усилители.

Если источники и приемники могут меняться местами, то коммутатор должен быть двунаправленным, т.е. обеспечивать передачу сигналов в обоих направлениях.

При коммутации сигнала и нагрузки можно использовать как одиночные ключи, так и их различные комбинации. Если источник сигнала имеет характеристики, близкие к характеристикам идеального источника напряжения (т.е. имеет малое внутреннее сопротивление), то для его коммутации целесообразно использовать последовательный или последовательно-параллельный ключ. Последовательно-параллельный коммутатор в любом рабочем состоянии он имеет выходное сопротивление, близкое к нулю[2].

Принцип работы коммутатора: на входы коммутатора приходят аналоговые сигналы, как только на адресные входы приходит сигнал один их входов коммутатора подключается к его выходу. Каждый из ключей 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 Е необходим для наращивания числа коммутируемых источников сигналов; если на этот вход поступает сигнал низкого уровня, то независимо от состояния адресных входов все ключи мультиплексора разомкнуты. Так как аналоговые ключи являются двунаправленными устройствами, аналоговый мультиплексор является одновременно и демультиплексором, т. е. сигнал может быть подан на вход мультиплексора и снят с избранного выхода [7].

Основными параметрами аналоговых коммутаторов являются[4]:

• время переключения ключа ;

• число входных каналов N показывает, какое количество датчиков или каналов может обслужить коммутатор;

• коммутируемый ток , мА, – ток, протекающий по открытому каналу ключа;

• коммутируемое напряжение , В, – максимально допустимое напряжение, прикладываемое между входом и выходом аналогового ключа;

• сопротивление ключа в открытом состоянии ;

• уровни напряжения по управляющему входу.

В соответствии с вариантом задания, число каналов аналоговых сигналов равно 13, диапазон изменения аналоговых сигналов от 0 до 8 вольт, следовательноможно выбрать 16-ти канальный коммутатор, работающий в диапазоне напряжения питания 0-8 вольт. Одной из известнейших компаний по производству аналоговых коммутаторов является компания MAXIM, сравним некоторые из них и сведем в таблицу 2.1[4].

Таблица 2.1 – Сравнение аналоговых коммутаторов

Модель	Кол-во каналов	Максимальное время включения [нс]	Максимальное время выключения [нс]	Напряжение питания [В]
Max336	16	500	500	±4,5…±20
Max396	16	150	150	±2,7…±30
MX7506	16	1500	1000	±4,5…±18

Выберу коммутаторMX7506, его устройство позволяет использовать более низкий уровень входных сигналов. Аналоговый коммутатор MX7506 компании MAXIM представлен на рисунке 3.1 [14], а в таблице 2.1 представлены назначения выводов микросхемы [14], в таблице 2.2 – подключение каналов коммутатора.

Рисунок 2.1 – Схематичное представление аналогового

коммутатораMX7506

Основные характеристики:

• входное сопротивление (макс.): 100Ω;

• низкая потребляемая мощность (P_D): <1.2mW;

• время быстрого перехода (макс.): 500ns;

• TTL, CMOS совместимость;

• температурныйдиапазон, °С: -40..+85[14].

Таблица 2.2 – Назначение выводов микросхемыMX7506

Номер ножки	Обозначение	Назначение
1	V+	Положительное напряжение питания
2, 3, 13	NC	Не используются
4..11	S16.. S9	Аналоговый вход коммутатора S16…S9
12	GND	Заземление
14..17	A3.. A0	Входы логического контроля А3..А0
18	EN	Разрешающий сигнал для коммутатора
19..26	S1.. S8	Аналоговый вход коммутатора S1…S8
27	V-	Отрицательное напряжение питания
28	D	Выходной сигнал с коммутатора

Буду использовать выводы аналогового коммутатора S1..S10, по количеству датчиков аналогового типа. На входы А3..А0 подается сигнал с программируемого контроллера. На вход EN- разрешающий сигнал от микроконтроллера