MAX11300 (PIXI). Реализация аналоговых ключей SPST, SPDT и DPST

25 ноября

системы безопасностиуправление питаниемавтоматизациялабораторные приборыMaxim Integratedстатьяинтегральные микросхемысредства разработки и материалы

Руководство знакомит разработчиков с широким спектром решений на базе программируемых ИС смешанного сигнала MAX11300 PIXI™ производства Maxim Integrated. Рассматриваются идеи по использованию каждого функционального блока, входящего в состав PIXI, приводится подробный алгоритм их настройки и тестирования. Описаны также конкретные приложения, использующие  MAX11300.

Аналоговые ключи

Микросхема MAX11300 предлагает разработчикам два типа аналоговых ключей:

  • управляемые (компонентGPI Controlled Analog Switch в программе MAX11300 Configuration Software);
  • неуправляемые(компонентSoftware Controlled Analog Switch в программе MAX11300 Configuration Software).

Состояние управляемых ключей зависит от сигнала управления, поступающего от одного из входных портов. Неуправляемые ключи постоянно находятся во включенном состоянии. Сопротивление аналоговых ключей в замкнутом состоянии не превышает 60 Ом. При параллельном подключении двух аналоговых ключей сопротивление может быть уменьшено до 30 Ом. Если аналоговый ключ управляется сигналом от входного порта микросхемы, то максимальное время включения и выключения составляет 400 нс. Однако задержка до повторного включения составляет 10 мкс.

Микросхема MAX11300 позволяет без особых проблем реализовывать несколько видов аналоговых коммутирующих схем (рисунок 26): SPST-ключ (один полюс и одно направление), DPST-ключ (два полюса и два направления), SPDT-ключ (один полюс и два направления). Благодаря высокому быстродействию и малому сопротивлению встроенных аналоговых ключей микросхема MAX11300 существенно упрощает реализацию и значительно снижает стоимость приложений, в которых одновременно используются аналоговые ключи, АЦП, ЦАП и порты ввода-вывода.

Рис. 26. Схемы различных типов коммутирующих схем: SPST, DPST, SPDT

Рис. 26. Схемы различных типов коммутирующих схем: SPST, DPST, SPDT

Каждый порт MAX11300 может подключаться ко входу или выходу аналогового ключа. Аналоговый ключ занимает как минимум два порта. Одиночный управляемый аналоговый ключ (GPI Controlled Analog Switch) может работать в режиме SPST-ключа, в котором пороговое напряжение сигнала управления задается пользователем в окне настроек (поле Input Threshold). Для создания переключателей DPST и SPDT необходимы два управляемых аналоговых ключа.

Реализация в PIXI

Для создания SPST-ключа в программе MAX11300 Configuration Software необходимо использовать один управляемый аналоговый ключ (рисунок 27). Подключите порты P0 и P1 к выводам компонента, а порт P2 – к выводу управления. Создайте файл конфигурации. В свойствах компонента задайте напряжение переключения 1 В (поле Input Threshold).

Рис. 27. Создание SPST-ключа в программе MAX11300 Configuration Software

Рис. 27. Создание SPST-ключа в программе MAX11300 Configuration Software

DPST-ключ требует наличия двух управляемых аналоговых ключей (рисунок 28). Подключите порты P5…P8 к выводам аналоговых ключей. Подключите выводы управления аналоговых ключей к порту P4. В свойствах компонентов задайте напряжение переключения 1 В (поле Input Threshold). Для второго ключа установите галочку в поле Polarity для инверсии сигнала управления.

Рис. 28. Создание DPST-ключа в программе MAX11300 Configuration Software

Рис. 28. Создание DPST-ключа в программе MAX11300 Configuration Software

SPDT-ключ также требует двух управляемых аналоговых ключей, но подключение отличается от варианта DPST (рисунок 29). Подключите порты P1 и P3 к выводам аналоговых ключей. Порт P2 одновременно подключается к двум выводам аналоговых ключей. Выводы управления аналоговых ключей подключаются к порту P4. Для первого ключа установите галочку в поле Polarity для инверсии сигнала управления.

Рис. 29. Создание SPDT-ключа в программе MAX11300 Configuration Software

Рис. 29. Создание SPDT-ключа в программе MAX11300 Configuration Software

Оборудование для проведения испытаний

Необходимое оборудование:

  • отладочная плата MAX11300EVKIT;
  • кабель Micro A-B USB;
  • ПК с ОС Windows®;
  • мультиметр;
  • осциллограф;
  • резистор 10 кОм.

Методика проведения испытаний 

SPST. Подключите источник постоянного напряжения к порту P0, порт P1 подключите к земле через резистор 10 кОм. На порт P2 подайте меандр с частой 5 Гц и амплитудой 3,3 В с выхода генератора.

DPST. Подключите источники постоянного напряжения 10 В и 5 В к портам P5 и P7 соответственно. Порты P6 и P8 подключите к земле через резисторы 10 кОм. На порт P4 подайте меандр с частой 1 кГц и амплитудой 3,3 В с выхода генератора.

SPDT. Подключите источник постоянного напряжения 10 В к порту P2. Порты P1 и P3 подключите к земле через резисторы 10 кОм. На порт P1 подайте меандр с частой 1 кГц и амплитудой 3,3 В с выхода генератора.

Результаты испытаний 

SPST. Напряжение 10 В через порт P0 подается на один из выводов аналогового ключа. Второй вывод аналогового ключа подключен к нагрузке 10 кОм через порт P1. Сигнал управления 0…3,3 В подается на порт P2. Напряжение переключения было задано на уровне 1 В. Когда на входе управления присутствует напряжение 0 В – ключ разомкнут и напряжение на резистор 10 кОм не подается (рисунок 30). При появлении управляющего сигнала 3,3 В аналоговый ключ замыкается и ток начинает протекать через нагрузочный резистор. Так как собственное сопротивление ключа составляет примерно 60 Ом, то напряжение на резисторе практически равно входному напряжению 10 В.

Рис. 30. Входные и выходные напряжения SPST-ключа

Рис. 30. Входные и выходные напряжения SPST-ключа

DPST. Напряжение 10 В через порт P5 подается на один из выводов первого аналогового ключа. Аналогичным образом, напряжение -10 В подается на один из выводов второго аналогового ключа через порт P7. Сигналы управления 0..3,3 В поступают на порт P4. При этом на первый ключ сигнал управления подается напрямую, а для второго ключа сигнал управления инвертируется. Напряжение переключения было задано на уровне 1 В. В качестве нагрузок используются резисторы 10 кОм, подключенные к портам P6 и P8.

При подаче напряжения 0 В на порт P4 первый аналоговый ключ размыкается, ток в нагрузку не поступает и напряжение на выводе порта P6 отсутствует (рисунок 31). Второй ключ из-за инверсии сигнала управления, наоборот, замыкается, и ток протекает через нагрузку. На P8 присутствует напряжение -10 В.

Рис. 31. Входные и выходные напряжения DPST-ключа

Рис. 31. Входные и выходные напряжения DPST-ключа

При подаче напряжения 3,3 В на порт P4 первый ключ замыкается, ток протекает через нагрузку и на выводе порта P6 присутствует напряжение 10 В. Второй ключ оказывается разомкнутым и на выводе порта P8 напряжение отсутствует. 

SPDT. Аналоговые ключи имеют один общий вывод, подключенный через порт P2 к источнику напряжения 10 В. Нагрузка в виде резисторов 10 кОм подключается к портам P1 и P3. Сигналы управления 0…3,3 В подаются на оба ключа через порт P0. При этом на второй ключ сигнал управления поступает напрямую, а для первого ключа сигнал управления инвертируется.

Так как сигнал управления первого ключа инвертируется, то при подаче на порт P0 напряжения менее 1 В первый ключ замыкается, ток протекает через нагрузку и на выводе порта P1 присутствует напряжение 10 В (рисунок 32). Второй ключ оказывается разомкнутым и на выводе порта P3 напряжение отсутствует. При подаче на порт P0 напряжения более 1 В первый ключ размыкается, а второй замыкается. Ток протекает через нагрузку второго ключа и на выводе порта P3 присутствует напряжение 10 В.

Рис. 32. Входные и выходные напряжения SPDT-ключа

Рис. 32. Входные и выходные напряжения SPDT-ключа

Заключение

Мы рассмотрели возможности микросхем MAX11300 при создании различных типов аналоговых ключей, в том числе SPST, SPDT и DPST. Для этих целей использовались встроенные неуправляемые (Software Controlled Analog Switch) и управляемые (GPI Controlled Analog Switch) аналоговые ключи. Сопротивление аналоговых ключей MAX11300 в замкнутом состоянии не превышает 60 Ом. При параллельном подключении двух аналоговых ключей сопротивление может быть уменьшено до 30 Ом. Проведенные испытания подтвердили корректность работы предложенных схем.

Оригинал статьи

Список ранее опубликованных глав

  1. Многоканальный АЦП
  2. Дифференциальный АЦП
  3. Псевдодифференциальный АЦП
  4. ЦАП и порты с высокой нагрузочной способностью
  5. Схема измерения тока

Перевел Вячеслав Гавриков по заказу АО КОМПЭЛ

•••

Наши информационные каналы

О компании Maxim Integrated

Компания Maxim Integrated является одним из ведущих разработчиков и производителей широкого спектра аналоговых и цифро-аналоговых интегральных систем. Компания была основана в 1983 году в США, в городе Саннивэйл (Sunnyvale), штат Калифорния, инженером Джеком Гиффордом (Jack Gifford) совместно с группой экспертов по созданию микроэлектронных компонентов. На данный момент штаб-квартира компании располагается в г. Сан-Хосе (San Jose) (США, Калифорния), производственные мощности (7 заводов) и ...читать далее

Товары
Наименование
MAX11300EVKIT# (MAX)
MAX11300GCM+ (MAX)
MAX11300GCM+T (MAX)
MAX11300GTL+ (MAX)
MAX11300GTL+T (MAX)