Типы переключателей
SPST – одна неполная группа контактов
SPDT – одна группа контактов
DPST – две неполных группы контактов
DPDT – две группы контактов
Pole = полюс Throw = направление
COM (Common) = общий (подвижный контакт переключателя)
NC (Normally Closed) = нормально замкнутый
NO (Normally Open) = нормально разомкнутый
МОП-транзистор с индуцированным каналом
Преимущества MOSFER:
•Высокое Rin
•Низкое Rout
•Короткое время переключения
E-MOSFET – МОП-Транзистор с индуцированным каналом, закрытым
при VGS = 0.
71
Для открытия канала нужно приложить к затвору определённой
полярности – пороговое напряжение VGS(th)
Аналоговые ключи на МОП-транзисторах
72
Пороговая характеристика VGS(th):
VGS<VGS(th): МОП-транзистор включен – работает на нижнем конце нагрузочной кривой и действует как разомкнутый ключ (очень большое RDS).
VGS>VGS(th): МОП-транзистор включен – работает на верхнем конце нагрузочной кривой в омической области как замкнутый ключ (низкое RDS).
МОП-транзистор работает как ключ при VGS(on)<VGS<VGS(th)
Идеальный ключ на МОП-транзисторах
Аналоговый ключ
73
Ограничение амплитуды сигнала – уровень сигнала истока не должен приводить к падению VGS ниже VGS(th):
VGS = VG – Vp(out) ≥VGS(th)
Разница между напряжением затвора VG и напряжением истока в момент отрицательного пика Vp(out) должна быть равна или больше, чем VGS(th), чтобы МОП-транзистор оставался в области проводимости.
Устройства выборки-хранения
Аналого-цифровое преобразование (АЦП).
Аналоговый ключ для выборки входного сигнала с определённой скоростью.
Значение дискретизированного сигнала временно хранится на конденсаторе до преобразования в цифровой код с помощью АЦП.
Частота Найквиста:
fsample(min)>2fsignal(max)
74
Аналоговые мультиплексоры
Аналоговые мультиплексоры – устройства для передачи двух или более сигналов на один выход.
Мультиплексирование с разделением по времени – чередование по времени для передачи по одной линии.
МОП-транзисторы – ключи:
•Импульсы на 3 ключа А
•Инвертированные импульсы на 3 ключа В (через инвертор).
Ана выход – когда импульс высокий, а В на выходе – когда импульс
низкий.
Схемы с использованием переключаемых конденсаторов
При проектировании ИМС – конденсаторы для эмуляции резисторов:
•Проще реализация;
•Занимают меньше места;
•Не рассеивают энергию.
Динамическое программирование аналоговых цепей
75
Переключаемые конденсаторы
Динамическое программирование коэффициента усиления
Величина эмулируемого конденсатором сопротивления
R = 1/(fC)
Зависит от частоты ключа и ёмкости.
Для замены резисторов в усилителе используются МОП-транзисторы +
конденсатор.
76
Чтобы перепрограммировать усилитель на другой коэффициент
усиления, меняются частоты переключения.
Цифровая коммутация с использованием МОП-транзисторов
Комплементарная пара (КМОП, CMOS) – последовательное соединение n- и p- канальных МОП-транзисторов с индуцированным каналом (схема инвертора на рисунке выше):
Vin = 0 Q1 on, а Q2 off, на выходе VDD
Vin = VDD Q2 on, а Q1 off, выход подключен к земле (0 В) + Малое потребление постоянного тока (on только один Q)
Вентиль И-НЕ (NAND)
77
Вентиль ИЛИ-НЕ (NOR)
Силовые МОП-транзисторы
Биполярные транзисторы:
•Требуют тока базы для включения;
•Медленные характеристики переключения;
•Тепловой разгон из-за отрицательного температурного
коэффициента.
МОП-транзисторы:
•Управляются напряжением;
•Положительный температурный коэффициент;
•Может переключаться быстрее;
•Низкое сопротивление во включенном состоянии приводит к снижению потерь на проводимость.
Используются |
как |
драйвера |
двигателей, |
преобразователи, |
переключатели нагрузки. Требуют высокого тока и точного цифрового
управления.
78
Применение:
Высокоскоростной USB/аудио коммутатор
Регулировка коэффициента усиления
TS5A3357 – 5 Ом SP3T (single-pole, triple-throw) аналоговый мультиплексор/демультиплексор в диапазоне напряжений от 1,65 В до 5,5 В
Примечание: В аналоговом исполнении мультиплексор и демультиплексор – одно и то же устройство, т.к. безразлично направление от входа к выходу.
79
SPDT – коммутатор DG403
Быстрое время переключение и низкий ток утечки DG403 обеспечивают более высокую тактовую частоту, следовательно более высокие рабочие частоты.
80