通过使用模拟多路复用器和开关共享资源来节省空间、成本和功耗

2022-05-26 11:49分类：传感器阅读：

在实现多感应器智能化解决或将好几个光端机联接到公共通讯系统总线时，设计方案工作人员经常难以找出最有效的降低成本、功能损耗和区域的方式。解决方法是共享资源公共資源，防止反复搭建全部数据信号链以及有关电子器件。

完成方法是运用仿真模拟多路复用器对导入开展时分复用。那样便可将众多感应器接入到一个数模转换器 (ADC) 的键入，由其先后对每一个感应器开展智能化解决。一样的办法也可使用于通讯系统总线，每一个光端机能够按确定的间隔时间应用系统总线。

仿真模拟电源开关和多路复用器的重要特征是这些都给予键入和輸出中间的双重途径，并且还具备高信号完整性、很小的串扰和走电电流量。

文中最先表明仿真模拟多路复用器和电源开关配备，随后详细介绍?Texas Instruments?的相应解决方法，以展现这种元件的基本功能和协调能力。随后，文中会就运用模拟开关和多路复用器完成共享资源明确提出一些引导。

仿真模拟多路复用器

多路复用器是一种将好几个键入源可选择性地联接到公共輸出线的开关元件（图 1）。

图 1：典型性仿真模拟多路复用器运用，应用 4:1 多路复用器先后对四个感应器的模拟输出开展智能化解决。逻辑性数据信号 A0 和 A1 的二进制情况影响了哪一个键入相连接到 ADC。（图片出处：Texas Instruments）

图 1 表明了四个感应器根据 4:1 仿真模拟多路复用器联接到公共 ADC。一对逻辑性数据信号 A0 和 A1 操纵将哪一个感应器接入到 ADC。因为感应器汇报的物理化学特点不容易随時间迅速转变，因而次序取样不容易导致系统崩溃的风险性。其首要优势是只需应用一个 ADC 和有关电源电路便能解决全部四个感应器，关心爱好者微信公众号回应材料和电子信箱能够获得电子器件材料一份。电子器件总总数得到降低，因此设计方案的成本也得到减少。

多路复用器和电源开关配备

仿真模拟多路复用器归属于更普遍的开关元件类型，可给予如图所示 2 所显示的很多配备。

图 2：一些常用的按钮和多路复用器配备。电源开关与仿真模拟多路复用器的不同点取决于两者的輸出沒有联接在一起，能够单独挑选线路。（图片出处：Digi-Key Electronics）

多路复用器配备为挑选 2N?个键入中的任意一个，常见型号规格是以 2:1 到 16:1。针对每一种多路复用器 2N?配备，数据控线的总数相当于 N。因而，8:1 多路复用器必须三条控线。电源开关配备由键入（或“刀”）的总量及輸出（或“掷”）的数目来叙述。阵式单掷 (SPST) 电源开关具备一路键入和一路輸出。阵式双掷 (SPDT) 电源开关具备一路键入和双路輸出。集成电路芯片 (IC) 生产制造商经常将好几个电源开关放进单独 IC 封裝中，并将这种电源开关叙述为具备好几个安全通道，如图所示 2 所显示的四通道 SPST 电源开关。

SPST 和 SPDT 电源开关是这两种最普遍的电源开关配备。此外也有用以频射 (RF) 运用的阵式三掷 (SP3T) 和阵式四掷 (SP4T) 电源开关。

电源开关可制定为有着相应的动态性特点，可危害电源开关接触点转变时造成的实际操作。假如电源开关设计方案为“先合后开”，则代表着原始联接将维持到创建新联接截止。动接触点始终不容易处在引路情况。反过来，“先开后合”电源开关会先断开初始联接，再创建新联接，那样邻近接触点就不容易短路故障。

CMOS 电源开关

当今大部分模拟开关和多路复用器设计方案选用相辅相成金属材料空气氧化物半导体材料 (CMOS) 场效晶体三极管 (FET)。象征性的双重电子开关选用2个相辅相成 CMOS FET：一个 N 断面元器件和一个 P 断面元器件，二者串联联接（图 3）。

图 3：基本上多路复用器电子开关以及闭合电路。相辅相成 FET 适用双重实际操作，能够在任一方位上转换数据信号。（图片出处：Digi-Key Electronics）

串联布局造成的传输途径能够解决任一旋光性的数据信号。这类组成还使串连通断电阻器 (ROn) 降到最低，并减少其工作电压敏感性。闭合电路的主要元器件有 ROn?和断面电容器 CD。

通断电阻器与源电阻器 RSource?和负载电阻 RLoad?一同危害电源开关关闭时的增益值。通断电阻器还随增加的数据信号工作电压而转变。通断电阻器及其 CD?和负荷电容器 CLoad?的串联组成会危害网络带宽和电源开关动态性特点，主要是定时开关。一般而言，设计方案工作人员地应力求让 ROn?和 CD?降到最低。与此同时还会继续有走电电流量进到数据信号途径，危害直流电 (DC) 偏位。

当电源开关切断时，馈通电容器 CF?会在电源开关周边给予一条途径，限定其防护工作能力。在电源开关合闭期内，源电容器 CS?与断面和负荷电容器共享资源正电荷，造成电源开关暂态。

如图所示 1 所显示，应用具备极高输入电阻的缓存放大仪缓存电源开关輸出，能够使电源开关通断电阻器的不良影响降至最少。该电源电路配备降低了增益值耗损，并最大限度减少了导通电阻器转变的危害。殊不知，泄露电流导致的赔偿工作电压将会会提升。这儿必须在项目上做好衡量，一般是根据挑选走电电流量尽量小的元器件来处理。

仿真模拟多路复用器和电源开关解决方法

Texas Instruments 的?TMUX1108PWR?8:1 多路复用器是致力于与 ADC 相互配合应用的高精密多路复用器的案例。其供电系统工作电压 (VDD) 范畴为 1.08 V 至 5 V。数据信号工作电压标准为 0 V 至 VDD，适用双重仿真模拟或模拟信号。安全通道串联电阻 ROn?的典型值为 2.5 Ω，泄露电流低于 3 pA。通断电容器为 65 pF，因而安全通道中间的渡越時间典型值为 14 ns，网络带宽为 90 MHz。

TMUX11xx?系列产品多路复用器有各种配制可选择。比如，TMUX1109RSVR?是双通道内存 4:1 多路复用器；具备与 TMUX1108PWR 同样的配电范畴和走电电流量规格型号，但通断电阻器为 1.35 Ω（典型值），较大网络带宽为 135 MHz。该元件具备2个 4:1 多路复用器，可作为一个 4:1 差分信号多路复用器或2个 4:1 单端多路复用器（图 4）。

这是一个差分信号四通道数据收集系统软件的运用实例，在其中该操作系统根据双通道内存同歩取样多次接近型 ADC。每一个 ADC 有四个差分信号安全通道。每一个 16 位 ADC 的数据信号采样频率为 3 MS/s，力度达到 ±3.8 V。该类采集系统的运用包含电子光学、工业生产和电机控制系统。

图 4：2个双通道内存 4:1 多路复用器的一种运用是四通道音频信号采集系统，其网络带宽为 16.45 MHz，适用解决电子光学、工业生产或电机控制系统数据信号。（图片出处：Texas Instruments）

非常简单的多路复用器拓扑结构是多通道 2:1 多路复用器。这大部分是一个 SPDT 电源开关。Texas Instruments 的?TMUX1119DCKR?是高精密版本号的 2:1 多路复用器。其开关电源范畴和走电电流量规格型号与 TMUX11xx 系列产品的其它人员同样。通断电阻器典型值为 1.8 Ω，较大网络带宽为 250 MHz。

2:1 多路复用器有一种运用是采用2个那样的元器件做为反转电源开关（图 5）。该电源电路是一个汽体计量检定系统软件，应用差分信号航行時间精确测量值来明确流动速度。有两个超音波智能变送器置放在一根管路中，间隔间距是给定的。最先精确测量从一个智能变送器到另一个智能变送器的推广時间，随后反转智能变送器以精确测量另一个方位上的推广時间。依据时间差计算管路中的空气流动速度。2个 TMUX1119 多路复用器用以反转智能变送器联接。这是一个多路复用器将数据信号路由器到气旋检测仪键入的实例。该多路复用器具备极低走电电流量和平整的通断电阻器，因此变成该类运用的优异挑选。

图 5：电路原理图表明了应用2个 2:1 多路复用器来反转气旋检测仪中一对超声波智能变送器的联接。（图片出处：Texas Instruments）

除开各式各样的多路复用器配备以外，还可以将好几个单独电源开关封裝到一个 IC 中。以 Texas Instruments 的?TMUX6111RTER?四控制回路 SPST 电源开关为例子（图 6）。该元件具备 0.5 pA 的极低走电电流量和 800 MHz 的网络带宽。通断电阻器适度，为 120 Ω。