Jste zde

Třináct parametrů, které zahýbou výběrem analogového spínače – 2. díl

Jan Robenek, 14. Únor 2012 - 0:00

Analogové spínače – ano či ne? A pokud ano, na co při jejich výběru rozhodně nezapomenout? Odpovědi přináší nová publikace TI s názvem Analog Switch Guide, jejíž teoretickou část jsme pro Vás přeložili do češtiny.

 

1) V+

V případě spínačů bez tzv. nábojové pumpy podmiňuje parametr V+ amplitudu analogového signálu, která se bez omezení (tzv. Clipping) dostane až na výstup. Hradlo, případně též hradla průchozích tranzistorů tudíž musí být předepnuta s ohledem na minimální a také maximální úrovně předpokládaného rozsahu vstupního napětí. Některé spínací struktury přitom umožňují definici předpětí vůči dvěma napájecím hladinám, takže lze jednoduše nechat procházet jak kladné tak i záporné signálové úrovně. Naproti tomu spínače s vestavěnými nábojovými pumpami mohou povýšit odpovídající napětí nad úroveň V+ (za cenu většího I+) a pracovat tak se signály i za hranicí V+.
 

2) VIH / VIL

Ve většině aplikací bude spínač řízen výstupem z nějakého digitálního zdroje. Řídicí signálové úrovně VIH a VIL proto musí být s takovým zdrojem kompatibilní, aby tak bylo možné zaručit náležitou činnost spínacího prvku. 


3) Odpor v sepnutém stavu (ON-State Resistance, rON)

Vzhledem k tomu že odpor v sepnutém stavu rON přispívá ke ztrátám užitečného signálu a způsobuje jeho degradaci, musíme dobře uvážit kompromisy, zohledňující právě malé rON. Spínací prvky bez nábojové pumpy dosahují nízkého rON spolu s velikými průchozími tranzistory. Takový větší tranzistor pak ale logicky znamená navýšení rozměrů celého čipu a tudíž i zvýšenou kapacitu CI/O. Zmíněná přídavná kapacita kanálu přitom může hrát velmi významnou úlohu, protože limituje kmitočtovou odezvu celého spínače. Spínací struktury, založené na možnostech nábojové pumpy, mohou vykazovat malé rON a také CI/O, jen si k tomu „vyžádají“ podstatně vyšší I+.  
 

4) Vyváženost („plochost“) odporu v sepnutém stavu (ON-State Resistance Flatness, rON(flat))

Tento parametr stanovuje minimální a maximální velikost odporu rON v sepnutém stavu v rámci předem stanovených podmínek. Takové podmínky přitom zpravidla zahrnují změnu teploty či napájecího napětí. Na obrázku vidíme možný příklad grafického znázornění parametru rON(flat).   
 


5) Kapacita CON/COFF (On/Off Capacitance)

Nelze opomenout ani celkovou kapacitu spínače a připojené zátěže, protože může ovlivnit
 
  • dobu odezvy (Response Time),
  • čas potřebný pro ustálení (Settling Time), případně také limitovat
  • celkovou koncepci včetně jejího větvení (Fanout).
 

6) Kmitočtová odezva (Frequency Response)

Veškeré spínače vyrobené technologií CMOS vykážou horní limit pro frekvenci, kterou lze ještě přenášet. Bez ohledu na to, jak nízké rON či CI/O dokáže výrobce daného čipu svým výrobním procesem zaručit, stále zde máme nežádoucí dolnopropustný filtr, potlačující výstupní signál ze spínače.
 

7) Zkreslení sinusového průběhu, celkové harmonické zkreslení THD (Sine-Wave Distortion, Total Harmonic Distortion (THD))

V tomto případě hovoříme o měření linearity dané součástky. Nelinearitu zde přitom vnášíme celou řadou způsobů – návrhem, samotnou fyzickou podstatou struktury atd. –, největším „přispěvatelem“ však obvykle bývá již dříve zmiňovaný odpor rON, který se v případě všech typů CMOSových spínačů mění s VI/O. Určitě, je důležité mít malé rON, ale stejně tak významné je vykázat plochý průběh takového odporu v rámci zamýšleného signálového rozsahu. Pro signálové úrovně v rozmezí 0 < VI/O < (V+ – 2 V) nabídnou spínací prvky s kanálem typu n velmi plochý průběh odporu rON. Stejný odpor však začne velmi rychle narůstat s tím, jak se VI/O přibližuje k úrovni V+ a VGS klesá. Uvážíme – li zase spínače s kanálem typu n / p (paralel.), dostaneme solidní „rovinatost“ průběhu rON pro signálové úrovně 0 < VI/O < V+ s tou nejlepší charakteristikou na nejvyšším doporučovaném V+ spínače.
 
 

Další informace naleznete v aktuální, 35stránkové příručce TI s názvem Analog Switch Guide, ze které jsme čerpali; stahujte kliknutím ZDE
 


8) Přeslechy (Crosstalk)

Budeme uvažovat dva typy přeslechů, mezi řídicím vstupem a signálovým výstupem a mezi spínači samotnými.
 

Řízení (povolení – Enable) vůči signálovému výstupu

Míra takového přeslechu vyjadřuje, jak dostatečně máme oddělen řídicí signál spínače od jeho užitečného výstupu. Měnící se stav řídicího signálu díky parazitním kapacitám, zakotveným z titulu procesu (technologie) CMOS, generuje rušení, pozorovatelné až na výstupu. V audio aplikacích se tak může jednat o zdroj „otravných“ pazvuků, které někdy slyšíme při zapínání či vypínání přístroje.      
 

Mezi samotnými spínači

Úroveň přeslechu je zde rovněž mírou potlačení sousedního kanálu. Podobně jako v předchozím případě přeslechu – vazby mezi řízením a výstupem se i zde prostřednictvím parazitních kapacit může navázat užitečný signál jednoho spínače na cestu spínače druhého.


9) Oddělení ve stavu vypnuto (OFF Isolation)

Jedná se o velikost impedance spínače ve stavu vypnuto. Na daném kmitočtu ji pak po vypnutí a spolu s odpovídajícím kanálem měříme v dB (NC vůči COMu nebo NO vůči COMu).
 

10) Feedthrough

Tato charakteristika souvisí se schopností spínacího prvku blokovat signály po svém vypnutí. Stejně jako v případě přeslechů i zde totiž parazitní kapacity umožní vysokým kmitočtům vazbu na spínač, který tak mohou následně i aktivovat.
 

11) Injekce náboje (Charge Injection, Q)

TI specifikuje přeslech mezi řízením a signálovým výstupem a takový parametr používají i někteří jiní výrobci. Podobně jako v případě zmíněného přeslechu způsobí i zde změny stavu řídicího pinu navázání náboje do kanálu tranzistoru, kde tak vnáší rušení. V našem pojednání o tom hovoříme z důvodu možnosti relativního porovnání s konkurencí. Níže přikládáme graf, znázorňující závislost mezi injekcí náboje a předpětím.       
 


12) Doba BBM (Break-Before-Make Time)

Zaručujeme tím, že dvě trasy multiplexeru nebudou nikdy elektricky spojeny, dojde – li na základě zvoleného vstupu ke změně trasy signálu. Parametr se měří za specifických podmínek s ohledem na přenosové zpoždění (Propagation Delay) mezi výstupem dvou sousedních analogových kanálů (NC a NO), změní – li řídicí signál svůj stav – viz obr.  
 


13) Doba MBB (Make-Before-Break Time)

Zaručujeme tím, že dvě trasy multiplexeru nebudou nikdy otevřeny, dojde – li na základě zvoleného vstupu ke změně trasy signálu. I v tomto případě se parametr měří za specifických podmínek s ohledem na přenosové zpoždění (Propagation Delay) mezi výstupem dvou sousedních analogových kanálů (NC a NO), změní – li řídicí signál svůj stav – viz obr. (správný popis je zřejmě MBB, nikoli MMB)
 

Další informace naleznete v aktuální, 35stránkové příručce TI s názvem Analog Switch Guide, ze které jsme čerpali. Stahujte kliknutím ZDE.
 

Download a odkazy:

Hodnocení článku: