Мультиплексор аналоговых сигналов

В отличие от цифровых муль­типлексоров, в которых не происходит потерь информации при передаче цифровых сигналов, аналоговый мульти­плексор — более сложное устройство. При разработке мультиплексора основная цель состоит в том, чтобы в измерение аналогового сигнала не вносилась ошибка. Это требование может быть выполнено при использовании идеального ключа. В разомкнутом состоянии идеальный ключ имеет бесконечное, а в замкнутом — нулевое сопро­тивление. Электромеханические переключатели наиболее близки по своим характеристикам к идеальным, однако из-за низкой скорости переключения и малого срока служ­бы не широко распространены.

Среди полупроводниковых переключателей наилуч­шими характеристиками обладают аналовые ключи на полевых транзисторах с р—п-переходом и МДП-тран-зисторах. Сопротивление закрытого ключа достигает тысяч мегаом, и в этом отношении он становится близким к идеальному, находящемуся в разомкнутом состоянии. По сравнению с другими полупроводниковыми ключами как полевой транзистор с р—n-переходом, так и МДП-транзистор характеризуются полным отсутствием напря­жения смещения в открытом состоянии. Открытый ключ в этом случае подобен линейному омическому резистору от нескольких десятков до нескольких сотен ом.

Динамические характеристики аналоговых коммута­торов определяются временем переключения. Это время для ключей на МДП-транзисторах составляет сотни наносекунд. В табл. приведены технические ха­рактеристики некоторых аналоговых ключей и коммута­торов в микроисполнении, выпускаемых отечественной промышленностью.

Структура мультиплексора на основе ключей Кл 143КТ1 приведена на рис. 3. Предельная частота переключе­ния определяется динамическими параметрами опера­ционного усилителя и ключа.

Рис. 3. Структура коммутатора аналого­вых сигналов

Для построения мультиплексоров рационально исполь­зовать не отдельные ключи, а многовходовые интеграль­ные коммутаторы, например серии 590, которые состоят из микросхем, выполненных на основе полупроводниковой КМДП-технологии. Параметры основных коммутаторов напряжения серии 590 приведены в табл. 1. Условное графическое обозначение мультиплексоров изображено на рис. 4. Преимуществом подобных схем по сравнению с другими схемами построения мультиплексоров являются возможность коммутации сигналов, уровень которых достигает напряжения питания (до 15 В), и стабильность переходного сопротивления в открытом состоянии при изменении входного сигнала. . При необходимости построения мультиплексоров с большим числом каналов используют различные конфигурации многоступенчатых аналоговых коммутаторов А К. с целью уменьшения указанных погреш­ностей переключений (рис. 5).

Рис.4

Рис.5 Структура многоканального коммутатора аналоговых сигналов

Схемы выборки-хранения.

Для запоми­нания изменяющихся аналоговых сигналов на время преобразования, коммутации и других операций в системах сбора информации ис­пользуют схемы выбор­ки — хранения (рис. 6, а), на котором Кл — ключ. Элементом памяти схемы выбор­ки -хранения являет­ся конденсатор С, подключаемый на время выборки к ис­точнику сигнала. Основные параметры этого устройства: время выборки, апертурное время и максимальное время хранения.

Рис.6. Схемы устройства выборки-хране­ния

К важнейшим характеристикам устройства выборки- хранения относятся: время выборки - время от момента подачи сигнала на выборку до момента установления выходного сигнала; апертурное время — интервал вре­мени между моментом подачи сигнала на хранение и мо­ментом завершения аналого-цифрового преобразования, скорость разрушения информации - изменение выход­ного напряжения вследствие разряда запоминающей емкости; сквозная передача — часть входного сигнала вследствие конечного сопротивления и разомкнутого ключа передается на выход.