Мультиплексоры аналоговых сигналов (МАС)

Когда микропроцессорная система должна обеспечивать мониторинг состояния нескольких внешних устройств, возникает необходимость обеспечивать поочередное подключение измеряемых цепей к аналого-цифровому преобразователю. Эту функцию выполняют аналоговые коммутаторы, которые также называют мультиплексорами аналоговых сигналов (МАС).

Если коммутатор находится в состоянии «включено», то его выходное напряжение должно, по возможности, точно равняться входному; если же коммутатор находится в состоянии «выключено», то выходное напряжение должно быть как можно ближе к нулю.

Основным функциональным звеном мультиплексора является коммутатор сигналов, состоящий из аналоговых ключей (АК). АК может быть выполнен на диодах, биполярных и полевых транзисторах и должен обеспечивать Uвых = Uвх , если АК находится в положении «включено» и Uвых = 0, если АК находится в положении «выключено». Следовательно, ключ в замкнутом состоянии должен иметь нулевое сопротивление или нулевое остаточное напряжение, а в разомкнутом – нулевой ток утечки или бесконечно большое сопротивление.

Как известно, полевой транзистор в области малых напряжений сток-исток ведет себя как резистор, однако его сопротивление может изменяться во много раз при изменении управляющего напряжения затвор-исток.

Наиболее эффективными являются ключи на КМОП-структурах. Пример такого ключа показан на рис. 3.13. КМОП-структура – это два полевых транзистора с различным типом проводимости. Благодаря наличию инвертора транзисторы под воздействием управляющего напряжения открываются и закрываются одновременно, т. е. включены параллельно.Здесь на подложку p-n-p-транзистора VT1 подается положительное питающее напряжение +Е, а на подложку n-p-n-транзистора VT2 – отрицательное питающее напряжение −Е.

При высоком уровне управляющего сигнала напряжение на затворе n – канального транзистора VT2 практически равно +Е. Индуцированный канал имеет малое сопротивление. В этом случае транзистор VT2 проводит сигналы с уровнями, почти достигающими пределов от −Е до +Е. При более высоком уровне входного сигнала сопротивление канала резко увеличивается.

В это же время напряжение на затворе p-n-p-транзистора VT1 равно −Е, а на подложке + Е. При этом индуцированный канал имеет малое сопротивление и транзистор хорошо проводит сигналы с уровнем от + Е до −Е.

Рис. 3.14. Аналоговый ключ на комплементарных МОП-транзисторах: а – схема; б – графики зависимости сопротивлений транзисторов в открытом состоянии и МОП-ключа

Как показано на рис. 3.14, б, результирующее сопротивление двухполюсника мало и мало изменяется в рабочем диапазоне входных сигналов. Таким образом, все сигналы в диапазоне от −Е до +Е проходят через двухполюсник с малым сопротивлением.



При переключении управляющего сигнала на низкий уровень напряжение на затворе n-канального транзистора VT2 устанавливается близким к −Е, а на затворе р-канального транзистора VT1 − близким к +Е . Тогда при −Е < Uвх < +Е оба транзистора будут заперты, а цепь коммутатора разомкнута.

Рис. 3.15 Мультиплексор аналоговых сигналов:

а – структурная схема; б – условное графическое изображение

В результате получается аналоговый переключатель для сигналов в диапазоне от низкого напряжения питания ключа до высокого напряжения его питания. Эта схема работает в двух направлениях – любой ее зажим может служить входным. Она является основой практически для всех интегральных микросхем аналоговых коммутаторов, выпускаемых в настоящее время.

На рис. 3.15, а приведена структурная схема мультиплексора аналоговых сигналов (МАС), а на рис. 3.15, б – его условное графическое изображение. Она включает в себя собственно аналоговый коммутатор (АК) и схему управления. Выбор входной линии, информация с которой поступает на выход, осуществляется при помощи сигналов, поступающих на адресные входы мультиплексора. Дешифратор адреса (Дш. А) выбирает номер (код) канала, а код адреса поступает в регистр адреса (Рг. А) с шины управления МП-системы.


7425724768743458.html
7425799856079886.html
    PR.RU™