2.4. Аналоговые ключи и коммутаторы

Аналоговые ключи и коммутаторы предназначены для коммута­ции аналогового сигнала от одного или нескольких источников на нагрузку. Они применяются в качестве прерывателей для операци­онных усилителей типа МДМ, в устройствах выборки и хранения аналоговых сигналов, для последовательной коммутации аналоговых сигналов многих источников на общую нагрузку в телеметрических системах, в цифро-аналоговых и аналого-цифровых преобразова­телях.

2.4.1. Аналоговые ключи

Ключи в зависимости от типа переключения классифицируются как работающие на одно либо на два направления. Ключи обоих классов могут содержать в одном корпусе от одного до нескольких каналов. Выпускаемые в настоящее время за рубежом аналоговые ключи изготавливаются с использованием полевых транзисторов (КМОП, р-МОП, nJFET и др.) либо по совмещенной технологии с использованием как биполярных, так и полевых транзисторов (BIFET).

Основные требования, предъявляемые к аналоговым ключам: малое сопротивление канала в открытом состоянии, хорошая галь­ваническая развязка между управляющей и сигнальными цепями, малое время переключения ключа, большой динамический диапазон коммутируемого сигнала.

В табл. 2.5 приведены следующие электрические параметры мо­нолитных аналоговых ключей: Uком — напряжение коммутируемого сигнала; R₀тк — сопротивление открытого канала;t_ш<л — время вклю­чения;t_выкл— время выключения;I_ут._вх— ток утечки входа;Iут.вых — ток утечки выхода;I_Пот+— ток потребления от источника положительного напряжения;I_пот-— ток потребления от источни­ка отрицательного напряжения;U_n.n — напряжение источника пи­тания.

Здесь ключи, работающие на выключение (включение): SPST— однополюсный на одно направление; 2SPST— двухканальный одно­полюсный на одно направление; 3SPST— трехканальный однопо­люсный на одно направление; 4SPST— четырехканальный однопо­люсный на одно направление;DPST— двухполюсный на одно направление; 2DPST— двухполюсный двухканальный на одно на­правление

Ключи, работающие на переключение: DPDT— двухполюсный на два направления; 2DPDT— двухканальный двухполюсный на два

направления; SPDT— однополюсный на два направления; 2SPDT— двухканальный однополюсный на два направления; 3SPDT— трех­канальный однополюсный на два направления; 4SPDT— четырех­канальный однополюсный на два направления.

2.4.2. Аналоговые коммутаторы

Аналоговые коммутаторы предназначены для последовательного подключения аналоговых сигналов от нескольких датчиков к одной нагрузке, например к измерительному усилителю.

Основными характеристиками коммутаторов являются диапазон входных коммутируемых напряжений и число каналов — максималь­ное число коммутируемых независимых входных сигналов. Входные сигналы могут быть как однополярными, так и двухполярными. Не­которые коммутаторы имеют дифференциальные входы для обраба­тываемых сигналов.

Большинство выпускаемых за рубежом аналоговых коммутато­ров имеют возможность коммутировать сигналы в диапазоне ±15 В, а количество каналов, как правило, — от 4 до 16.

Лучшими образцами многоканальных коммутаторов являются ИМС типов HI507A-2 иHI506A-2 фирмыHarris, имеющие парамет­ры; число каналов 16,U_KOМ=±l5 В, R_от„<2000 Ом иt_вкл=300 нc, а также быстродействующие многоканальные коммутаторыHI516 (на 16 каналов) иHI518 (на 8 каналов) с временем включения 150 нс.

Среди выпускаемых за рубежом аналоговых схем коммутации все большую роль начинают играть коммутирующие матрицы. Фир­мой RCAвыпускаются коммутирующие матрицы 4x4 (CD22100D, Е,Fи др.). Они коммутируют напряжения до ±15 В, имеют R_отк< <95 Ом,t_Вкл<200 нc.

По функциональной сложности коммутирующие матрицы пре­восходят схемы обычных аналоговых коммутаторов, так как кроме обычных ключей на кристалле ИМС находятся устройства управ­ления.

В табл. 2.6 приведены электрические параметры монолитных аналоговых коммутаторов, а буквенные обозначения параметров со­ответствуют приведенным в п. 2.4.1.