Блог компании ADI ADG731 Монолитические 32-канальные серийно управляемые аналоговые мультиплексеры CMOS

Shenzhen Mingjiada Electronics Co., Ltd. поставляет ADIАДГ731монолитный 32-канальный аналоговый мультиплексор с последовательным управлением CMOS.

Я.АДГ731обзор продукта
АДГ731представляет собой высокопроизводительный однокристальный 32-канальный аналоговый мультиплексор с последовательным управлением CMOS. Он имеет однокристальную интегрированную конструкцию и реализует архитектуру коммутации сигналов 32:1 с 32 несимметричными входами аналоговых сигналов и одним общим выходом сигнала. Это основной компонент многоканальной системы сбора, обнаружения и управления аналоговых сигналов. Этот чип отказывается от громоздкой конструкции традиционного мультиплексора с параллельным адресным управлением и оснащен трехпроводным последовательным интерфейсом, совместимым с SPI, что значительно упрощает подключение оборудования и использование основного ресурса управления. В то же время он опирается на зрелую КМОП-технологию, позволяющую сбалансировать низкий импеданс открытого состояния, низкие искажения сигнала и высокую скорость переключения, что делает его идеально подходящим для сценариев прецизионного переключения аналоговых сигналов промышленного уровня.
 

АДГ731использует корпус 48-TQFP, который имеет компактные размеры, обладает отличными характеристиками рассеивания тепла и охватывает диапазон промышленных температур от -40 ℃ до +85 ℃. Он поддерживает широкий спектр одиночных/двойных источников питания и может гибко адаптироваться к системам с различной архитектурой источников питания, таким как портативные устройства, промышленные средства измерения и управления, а также приборы. Это предпочтительное устройство для сценариев мультикоммутации многоканального аналогового сигнала.

II. Основные функции и особенности архитектурыАДГ731
1. Проектирование архитектуры канала
АДГ731имеет 32 независимо управляемых аналоговых коммутационных канала, использующих архитектуру несимметричного входа и общего выхода. Он использует 5-битное кодирование двоичного адреса для достижения точного стробирования всех 32 каналов, позволяя одновременно подключать только один канал, эффективно избегая перекрестных помех между каналами. Все аналоговые каналы поддерживают передачу сигналов Rail-to-Rail, максимизируя динамический диапазон напряжений источника питания и адаптируясь к потребностям переключения низковольтных малых сигналов и аналоговых сигналов обычной амплитуды.

2. Последовательный интерфейс управления.
В отличие от традиционных мультиплексоров с параллельной адресацией,АДГ731оснащен стандартизированным трехпроводным SPI-совместимым последовательным интерфейсом, состоящим из тактового контакта, контакта ввода данных и контакта выбора микросхемы, который не требует большого количества ресурсов основного управления GPIO. Главный контроллер может точно контролировать соединение соответствующего канала, вводя 5-битный адрес канала посредством последовательного сдвига. Логика последовательной связи проста и хорошо совместима, и она может напрямую подключаться к основным встроенным главным контроллерам, таким как STM32, FPGA и DSP, что значительно упрощает проводку оборудования и сложность разработки программ для многоканальных систем коммутации. Между тем, интерфейс поддерживает стандартные логические уровни TTL/CMOS с четкими пороговыми значениями высокого и низкого уровня и сильными возможностями защиты от помех.

3. Преимущества монолитного интегрированного КМОП-процесса
АДГ731Изготовлен с использованием высокопроизводительной КМОП-технологии, объединяющей все аналоговые переключатели, логику декодирования, схемы драйверов и схемы последовательного интерфейса. Он может независимо выполнять функции переключения сигналов без необходимости использования внешних вспомогательных устройств, что обеспечивает чрезвычайно высокую степень интеграции. По сравнению с многоканальными схемами коммутации, построенными на нескольких микросхемах и дискретных переключателях, однокристальная архитектура эффективно уменьшает размер системы, энергопотребление и сложность проводки, избегая при этом проблем плохой согласованности и низкой стабильности дискретных устройств, обеспечивая тем самым согласованность и надежность коммутации многоканальных сигналов.

III. Ключевые параметры электрических характеристикАДГ731
Благодаря превосходным электрическим параметрам,АДГ731обеспечивает высокоточное переключение аналогового сигнала с низкими потерями и низким уровнем помех. Его основные параметры производительности следующие, и все показатели основаны на стандартных отраслевых условиях испытаний:

- Характеристики источника питания: поддерживает широкий диапазон гибких источников питания с напряжением одного источника питания 1,8–5,5 В и симметричным источником питания с двумя источниками питания ± 2,25 В ~ ± 2,75 В. Он может быть совместим с портативным низковольтным оборудованием и обычными промышленными системами измерения и управления и при этом сохранять полную производительность в режиме низковольтного источника питания.
- Характеристики сопротивления включения: типичное сопротивление включения составляет всего 4 Ом, а неравномерность сопротивления включения составляет всего 0,5 Ом. Стабильность сопротивления включения 32 каналов превосходна, что позволяет минимизировать падение напряжения при передаче сигнала и искажения амплитуды, а также обеспечить постоянство точности сбора многоканального сигнала.
- Динамические характеристики сигнала: - Ширина полосы сигнала 3 дБ до 18 МГц, что может удовлетворить потребности в переключении низкочастотных и средне-высокочастотных аналоговых сигналов; Типичное время задержки переключения составляет 42 нс, а скорость реакции переключения высокая, что делает его подходящим для сценариев высокоскоростного многоканального сбора сигналов.
- Низкие помеховые характеристики: инжекция заряда составляет всего 1 пКл, а импульс помех от цифровой схемы к аналоговому каналу во время процесса переключения чрезвычайно мал; Типичный ток утечки при отключении составляет 250 пА, а утечка сигнала в непроводящем канале чрезвычайно мала; Возможность подавления перекрестных помех в каналах достигает -72 дБ, что эффективно устраняет помехи между каналами и обеспечивает точность сбора слабых аналоговых сигналов.
- Ток утечки и характеристики изоляции: ток утечки во включенном состоянии чрезвычайно мал, а ток утечки во всем диапазоне температур контролируется на уровне наноампер, что значительно снижает потери при передаче сигнала и подходит для сценариев высокоточного обнаружения слабого сигнала.
- Рабочая среда: диапазон рабочих температур промышленного класса от -40 ℃ до +85 ℃, с превосходной стабильностью электрических параметров в условиях высоких и низких температур и возможностью адаптации к суровым условиям промышленной площадки.

IV.АДГ731Принцип работы и логика управления
Основная рабочая логика ADG731 — «декодирование последовательного адреса + одноканальное стробирование», а общий рабочий процесс понятен и эффективен. После включения системы чип завершает инициализацию внутренней схемы и переходит в режим ожидания, при этом все аналоговые каналы по умолчанию отключены. Основное устройство управления побитно передает 5-битные данные адреса канала на микросхему через трехпроводной последовательный интерфейс. После того, как данные адреса фиксируются последовательным сдвиговым регистром внутри чипа, они отправляются в схему декодирования для завершения декодирования.

На основе проанализированного сигнала адреса схема декодирования точно стробирует соответствующий один аналоговый канал, в то время как оставшийся 31 канал остается выключенным, обеспечивая переключение аналогового сигнала 32 к 1. Внешние аналоговые сигналы передаются на общий выходной терминал через проводящий канал, а затем могут быть подключены к модулям внутренней обработки, таким как схемы выборки АЦП и схемы оперативного усиления. Когда требуется переключение каналов, главный контроллер повторно отправляет новый код адреса, и чип автоматически выключает исходный канал и включает новый канал, чтобы завершить переключение пути прохождения сигнала. Процесс переключения стабильный и без сбоев. В сочетании с характеристикой низкого впрыска заряда это позволяет эффективно избегать помех сигнала в момент переключения.
Между тем, чип имеет характеристику времени переключения, обеспечивающую отключение перед подключением, что позволяет эффективно избегать коротких замыканий сигнала и конфликтов каналов во время переключения каналов, что еще больше повышает стабильность системы.

V. Типичные сценарии примененияАДГ731
Используя свои основные преимущества многоканальной интеграции, низкий уровень искажений, низкий уровень помех и простоту управления,АДГ731широко используется в различных многоканальных аналоговых системах сбора и управления сигналами со следующими основными сценариями применения:

1. Промышленная многоканальная система сбора данных.
В сценариях многоканального сбора сигналов аналоговых датчиков, таких как промышленная температура, давление, влажность, напряжение и ток,АДГ731может расширить входной сигнал датчика 32-канальный. Один чип обеспечивает переключение многоканального сигнала с разделением времени и завершает многоканальную выборку данных с помощью высокоточного АЦП, что значительно упрощает проектирование схем промышленных плат измерения и управления и улучшает интеграцию системы и точность обнаружения.

2. Прецизионные приборы и испытательное оборудование.
Он используется в прецизионных испытательных приборах, таких как осциллографы, анализаторы сигналов, тестеры импеданса и высокоточные мультиметры для переключения и стробирования нескольких аналоговых тестовых сигналов. Его чрезвычайно низкий импеданс в открытом состоянии, минимальные искажения сигнала и возможности подавления перекрестных помех позволяют в максимальной степени сохранить исходные характеристики сигнала, обеспечивая точность обнаружения и последовательность измерений прибора.

3. Система управления аккумулятором и обнаружения источника питания.
В многоузловой системе определения напряжения и тока силовых аккумуляторных блоков и источников питания для накопления энергии параметры моделирования каждой отдельной ячейки аккумуляторного блока собираются по 32 каналам с разделением времени для обеспечения мониторинга состояния аккумулятора в реальном времени. Характеристики низкого напряжения и низкого шума можно адаптировать к потребностям обнаружения слабых сигналов батареи и обеспечить надежность мониторинга системы управления батареями.

4. Портативное измерительно-контрольное оборудование.
Используя преимущества широкого источника питания, низкого энергопотребления и небольшого размера, он подходит для легких продуктов, таких как портативные регистраторы данных и портативное испытательное оборудование. Он обеспечивает функции сбора многоканального сигнала в ограниченном пространстве оборудования, одновременно снижая общее энергопотребление и увеличивая срок службы батареи.

VI.АДГ731Меры предосторожности при проектировании оборудования и применении
1. Конструкция источника питания
Блок питания должен быть оснащен высокочастотным развязывающим конденсатором емкостью 0,1 мкФ и фильтрующим конденсатором высокой емкости емкостью 10 мкФ, которые расположены рядом с выводом питания и землей микросхемы, чтобы отфильтровать высокочастотные пульсации и низкочастотные колебания в источнике питания и избежать помех источника питания, вызывающих помехи аналогового сигнала. При питании от двух источников питания необходимо убедиться, что положительный и отрицательный источники питания симметричны, а заземление надежно, чтобы предотвратить искажение сигнала, вызванное смещением потенциала.

2. Сигнальная проводка
Проводка аналогового входного канала должна быть как можно более короткой и прямой, вдали от кабелей с высоким уровнем помех, таких как цифровые часы и источники питания, а аналоговый и цифровой каналы должны иметь одну точку заземления, чтобы избежать цифрового шума, связанного с аналоговым каналом. 32 входных дорожки поддерживают постоянную длину и сопротивление проводов, обеспечивая стабильную передачу сигнала по всем каналам.

3. Дизайн последовательного интерфейса
Согласование импеданса кабелей последовательной связи SPI уменьшает отражение сигнала и помехи, обеспечивая точную передачу адресных данных. В сценариях высокоскоростного переключения тактовая частота связи разумно настраивается для баланса скорости переключения и стабильности связи, избегая аномалий стробирования канала, вызванных ошибками данных.

4. Отвод тепла и адаптация к условиям эксплуатации.
Пакет 48-TQFP обладает превосходными характеристиками рассеивания тепла и не требует дополнительной конструкции для рассеивания тепла при нормальных условиях эксплуатации; В условиях высоких температур и высоких нагрузок площадь медной оболочки можно соответствующим образом увеличить, чтобы повысить эффективность рассеивания тепла и гарантировать стабильную работу чипа во всем температурном диапазоне.

7. Краткое изложениеАДГ731Преимущества продукта
Классический 32-канальный последовательный аналоговый мультиплексор ADI.АДГ731может похвастаться четырьмя основными преимуществами: высокая степень интеграции, отличные характеристики сигнала, простота управления и высокая стабильность. По сравнению с традиционными мультиплексорами параллельного управления последовательный интерфейс значительно экономит основные ресурсы управления и пространство для проводки; По сравнению с комбинированными схемами с дискретными переключателями монолитная архитектура имеет более высокую согласованность, более низкое энергопотребление и меньший объем; Чрезвычайно низкий импеданс в открытом состоянии, инжекция заряда и перекрестные помехи идеально подходят для сценариев точного переключения аналогового сигнала.

Благодаря зрелому процессу, стабильной производительности и широкой адаптируемости,АДГ731стал основным предпочтительным устройством для коммутации многоканального аналогового сигнала во многих областях, таких как промышленные измерения и контроль, прецизионные приборы, энергетические испытания и портативное оборудование. Это эффективно снижает сложность проектирования системы и повышает точность обнаружения и эксплуатационную надежность оборудования.