АНАЛОГОВЫЕ КОММУТАТОРЫ И КЛЮЧИ

September 17, 2013 by admin Комментировать »

В начале этой главы рассмотрены некоторые особенности применения интегральных схем аналоговых коммутаторов (мультиплексоров) и ключей. Как правило, ИС этого типа выбирают исходя из нужного числа коммутируемых каналов, однако следует иметь в виду еще ряд проблем, без решения которых выбранная схема может оказаться неработоспособной.

Экстремальные уровни напряжения

Предположим, что авиалайнер оборудован несколькими тензодатчиками мостового типа, подсоединенными, с одной стороны, к многоканальной системе тревожной сигнализации, а с другой – к мультиплексированному входу бортовой ЭВМ. Типовой тензодатчик в виде резистивного моста с напряжением питания 10 В вырабатывает разностный сигнал 0-50 мВ, который находится под потенциалом около 5 В относительно земли. Устройство тревожной сигнализации, подключенное к коммутатору, который циклически опрашивает несколько тензодатчиков, выдает сигнал тревоги, если разностный сигнал в любом из каналов превысит установленный порог.

Одновременно те же разностные напряжения тензодатчиков поступают на второй, независимый от первого, коммутатор бортовой ЭВМ, которая управляет дисплеем в кабине пилота. Каждый коммутатор должен функционировать независимо от состояния (рабочего или аварийного) другого. Более того, в схемах обоих коммутаторов должна быть предусмотрена защита от повреждения при неисправности любого тензодатчика из числа подключенных к аналоговым входам коммутаторов (в худшем случае от неисправного датчика может поступать полное напряжение бортового аккумулятора, равное 28 В). Коммутаторы и тензодатчики через многоконтактные разъемы соединяются в общую сеть с помощью многометровых кабелей, образованных жгутами неэкранированных проводов.

При таком построении системы пилот может осложнить ее работу, если в ходе полета будет включать или выключать питание тех или иных датчиков. Схожие

проблемы возникают и при проведении регламентных работ, когда какие-либо модули системы независимо от того, подано на них питание или нет, отсоединяются или присоединяются к сети. Поскольку аналоговые входы коммутаторов непосредственно связаны с контактами присоединительных разъемов, то в момент разъединения или присоединения последних на входах коммутаторов будут возникать выбросы напряжения, которые не должны выводить ЙС из строя.

Когда один или несколько источников входных сигналов оказываются под напряжением при отсутствии питания на коммутаторе, необходимо обеспечить, с одной стороны, защиту ИС от повреждения, а с другой – достаточно высокое сопротивление аналоговых входов коммутатора, чтобы он не создавал существенной нагрузки для источников входных сигналов. Мультиплексор должен также отвечать определенным требованиям в отношении сопротивления изоляции, чтобы избежать повреждений при коммутациях в цепи питания и на случай аварийного режима функционирования датчика, когда на аналоговые входы коммутатора может быть подано напряжение, близкое к 28 В.

При поступлении на входы коммутатора напряжения, превышающего напряжение питания интегральных схем (обычно ±15 В), устройство должно не только сохранить работоспособность, но и обеспечить защиту операционного усилителя или другой схемы, подключенной к выходу коммутатора. Рассмотрим два типичных примера:

1. Напряжение в одном из включенных каналов превышает напряжение питания коммутатора. При этом входной ток коммутатора не должен чрезмерно возрастать, а напряжение на выходе устройства должно оставаться на безопасном уровне.

2. Напряжение, превышающее напряжение питания, может поступать на отключенный канал коммутатора. При этом схема должна обеспечивать ограничение входного тока в указанном канале и одновременно блокировать передачу напряжения питания на выход.

Защитные схемы коммутатора могут быть выполнены как во встроенном, так и во внешнем вариантах. Типовая схема внешнего варианта защиты показана на рис. 2.1. В данном случае к каждому входному каналу устройства подключаются токоограничивающий резистор и два диода (на рисунке показан только один канал). Если положительное напряжение на каком-либо из входов превышает напряжение пробоя стабилитрона, равное 12 В, верхний диод открывается и удерживает напряжение на входе коммутатора на уровне 12 В. Аналогичный механизм действует при поступлении на вход коммутатора отрицательного напряжения, превышающего по модулю уровень -12 В.

Схема внешней защиты коммутатора, показанная на рис. 2.1, работает надежно, но здесь MOtyT возникнуть некоторые проблемы, например появление значительного тока в режиме ограничения напряжения или влияние тока утечки защитного диода на сигнал в режиме нормального функционирования. При использовании схемы, показанной на рис. 2.1, в вышеописанной системе тревожной сигнализации авиалайнера выброс тока, возникающий при выключении одного коммутатора, может привести к искажению сигнала в другом.

На рис. 2.2 показан другой вариант внешней цепи защиты. При этом вместо внешних диодов используются внутренние p-n переходы КМОП коммутатора

и внешние резисторы, включенные во входную цепь каждого канала. Резистор должен обладать достаточным сопротивлением для обеспечения надежной защиты входа, однако слишком высокое сопротивление может привести к неприемлемым искажениям сигнала из-за тока утечки коммутатора – особенно при высоких температурах, когда он обычно возрастает. Включение резистора со сравнительно небольшим сопротивлением снижает величину указанных искажений, но способствует возникновению большого тока в аварийном режиме и, следовательно, не может обеспечить надежную защиту схемы в целом.

Рис. 2.1. Цепь внешней диодно-резистивной защиты

Рис. 2.2. Цепь внешней резистивной защиты

Таким образом, применение внешних схем защиты ИС аналоговых коммутаторов и ключей, как правило, не рекомендуется. Исключение составляют случаи, при которых токи утечки имеют ничтожно малые значения (по крайней мере, порядка нескольких пико- или наноампер). Типовые схемы, в которых применяются внешние цепи защиты, приведены в конце этой главы.

При использовании внешних резисторов для ИС аналоговых коммутаторов и ключей важно учитывать некоторые дополнительные моменты. Так, например, степень искажения напряжения сигнала зависит от общего тока, проходящего через резистор, включая входной ток смещения операционного усилителя, подсоединенного к выходу коммутатора. В сочетании с паразитной шунтирующей емкостью внешний резистор образует RC-фильтр нижних частот, что может ограничить полосу пропускания всего устройства. Важно помнить, что искажения сигнала во включенном канале, вызванные протеканием аварийного тока в выключенном канале, могут оказать существенное влияние на работу всей системы.

Источник: Ленк Д., 500 практических схем на популярных ИС: Пер. с англ. – М.: ДМК Пресс, – 44 с.: ил. (Серия «Учебник»).

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты