數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常利用模擬開關(guān)和多路復(fù)用器將來(lái)自真實(shí)世界傳感器和傳感器子組件的信號(hào)路由到電路板上的電子信號(hào)調(diào)理和轉(zhuǎn)換階段。我們?cè)噲D將電路板布置得盡可能有效地從頻繁邊緣安裝的連接器獲取信號(hào)到處理電路。但是，當(dāng)我們?cè)陔娐钒宓牟煌吘売卸鄠€(gè)連接器的傳感器時(shí)，我們可以燒掉整個(gè)PCB層，只需路由模擬信號(hào)和模擬地，以防止噪聲消失。與此相關(guān)的是我們可能還想與傳感器陣列共享電路。例如，我們可能希望監(jiān)控和測(cè)量機(jī)器設(shè)計(jì)的幾個(gè)位置的溫度。這將需要在設(shè)計(jì)周圍散布許多溫度傳感器或熱敏電阻。由于我們的micro可能在任何時(shí)候只將一個(gè)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，而不是復(fù)制信號(hào)調(diào)理，縮放，偏移和增益級(jí)，因此將許多信號(hào)切換或多路復(fù)用可能更具空間和成本效益。單點(diǎn)指出A/D的條件和路線。通過(guò)不使用多條冗余A/D線，這也可以節(jié)省引腳受限處理器上的I/O.

本文介紹了模擬開關(guān)和多路復(fù)用器，這些模擬開關(guān)和多路復(fù)用器可供工程師在布線和將模擬信號(hào)傳遞到調(diào)理電路時(shí)在電路板上使用。

基礎(chǔ)知識(shí)

模擬開關(guān)，也稱為雙向開關(guān)，通常在矩陣配置中使用低“導(dǎo)通電阻”FET，一旦晶體管導(dǎo)通至完全飽和，電流就會(huì)流過(guò)預(yù)定義的路徑（圖1） 。您可以將模擬開關(guān)視為機(jī)械繼電器，除了不使用干觸點(diǎn)，硅結(jié)（PMOS和NMOS）以電子方式啟用或禁用無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的傳導(dǎo)。

圖1：隔離使能P和N MOSFET進(jìn)入低導(dǎo)通電阻導(dǎo)通。請(qǐng)注意由電源軌夾住的內(nèi)部保護(hù)二極管。

因?yàn)榫w管是電子的，所以它們不是電子隔離的，因?yàn)樗鼈冊(cè)诶^電器中。這意味著存在電壓和電流限制，并且信號(hào)范圍必須在模擬開關(guān)或多路復(fù)用器的正和可能的負(fù)電源軌內(nèi)。對(duì)于隔離的高功率或高壓開關(guān)應(yīng)用，模擬開關(guān)可能不是最佳選擇。但是，對(duì)于低電平模擬開關(guān)，易于使用且成本低廉的模擬開關(guān)和多路復(fù)用器可以提供很多好處。

應(yīng)該注意，模擬開關(guān)也可用于切換數(shù)字信號(hào)。因?yàn)殡娏骺梢酝ㄟ^(guò)模擬開關(guān)元件雙向流動(dòng)，所以呈現(xiàn)跨導(dǎo)的數(shù)字信號(hào)可以容易地傳遞和路由數(shù)字信號(hào)。這基本上會(huì)在數(shù)字信號(hào)上產(chǎn)生高阻抗條件，讓您可以創(chuàng)建自己的三態(tài)信號(hào)總線。

船上零件

多種系列和類型的模擬開關(guān)可作為多源和庫(kù)存產(chǎn)品使用，這意味著從供應(yīng)鏈的角度來(lái)看它們是安全的。例如，傳統(tǒng)的CMOS 4000系列Quad-SPST雙邊開關(guān)通常可用，包括恩智浦HEF4016BP，652和HEF4066BP，652，但也已使用當(dāng)前信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)演變?yōu)楝F(xiàn)代版本。例如，4066可用的現(xiàn)代信號(hào)電平直接包括74AHC和74HCT，以及LV，LVC和LVXT版本。 Legacy 4016也是如此。

如上所述的通用開關(guān)很常見，但也有專門的開關(guān)集成了信號(hào)調(diào)理。一個(gè)典型的例子是極低的串聯(lián)導(dǎo)通電阻（100毫歐）TI TS3A225ERTER雙SPDT開關(guān)（圖2）。雖然這部分設(shè)計(jì)用于音頻切換，但由于其集成的閾值電平檢測(cè)器可以在不同的連接器之間切換信號(hào)，因此它可能對(duì)其他設(shè)計(jì)很有用。

圖2：特殊功能可以將模擬開關(guān)與信號(hào)調(diào)理集成在一起，例如TI TS3A225，它具有閾值電平自動(dòng)切換功能。注意串行接口。

請(qǐng)注意，并非所有具有相同核心部件號(hào)的部件都相同。這可能是一個(gè)“陷阱”，所以要特別注意。例如，安森美半導(dǎo)體MC14016BDR2G是4000系列4016，與上面的恩智浦部分類似，但恩智浦可以處理-2.25至+ 2.25V雙軌電源或高達(dá)7.5 V的單軌電源。安森美半導(dǎo)體部分是單軌3 V至18 V部件。雖然在功能上它們是相同的，但它們不是電氣的，所以要小心驗(yàn)證零件和第二個(gè)源是否完全相同。

多路復(fù)用的世界

在指定模擬開關(guān)或多路復(fù)用器時(shí)，有數(shù)百個(gè)部件，架構(gòu)和系列可供選擇。最好的起點(diǎn)是首先確定縮小該領(lǐng)域的關(guān)鍵參數(shù)。例如，低導(dǎo)通電阻或您需要在其間運(yùn)行的電源軌可能對(duì)您至關(guān)重要。從那里，您可以檢查可用的體系結(jié)構(gòu)。

Maxim MAX1693EUB +開關(guān)僅從2.7 V至5.5 V消耗25μA電流。該器件專為USB開關(guān)而設(shè)計(jì)，其低功耗和90mΩ導(dǎo)通電阻對(duì)低功耗傳感器具有吸引力。對(duì)于超低功耗，請(qǐng)查看Vishay quad SPST DG2042DQ-T1-E3的時(shí)鐘頻率為1 nA。在1.8 V至5.5 V范圍內(nèi)工作時(shí)，它具有略高的1.5Ω導(dǎo)通電阻。

重要的是要注意，模擬開關(guān)和多路復(fù)用器并不意味著像繼電器那樣切換高電平電流。即使某些器件可以處理高電壓，例如Maxim MAX14752EUE + 8：1多路復(fù)用器（或1：8多路分解器）和Maxim MAX14753EUE +雙4：1多路復(fù)用器（或雙1：4多路分解器）（圖3），它們可以使用分離±36 V或單軌+72 V電源（和信號(hào)）范圍。這些器件還具有先開后合的內(nèi)部布置，這在這些較高的開關(guān)電壓水平下特別有用。

圖3：這些高壓8：1和4：2開關(guān)可以處理72 V單軌或分離±36 V雙軌信號(hào)。注意簡(jiǎn)單的尋址和啟用接口。

請(qǐng)記住，模擬多路復(fù)用器本質(zhì)上也是多路分解器。由于它們的雙向性，任何可以用于集中的東西也可以分配。這意味著需要將模擬電平路由到多個(gè)目的地的任何應(yīng)用都可以使用多路復(fù)用器作為多路分解器。

從多個(gè)到一個(gè)，多個(gè)到多個(gè)

傳感器陣列可以通過(guò)使用離散SPST和SPDT開關(guān)構(gòu)建自己的多源多路復(fù)用器來(lái)構(gòu)建。在某些情況下，傳感器組位于電路板周圍的不同連接器處，這可能是最好的方法。我們還擁有SP3T，SP4T和SP8T以及DP3T和DP4T架構(gòu)。但是當(dāng)許多傳感器輸入需要路由到一個(gè)位置時(shí)，集成的多路復(fù)用器芯片可能是最好的解決方案，有很多可供選擇。

除了我們之前談到的4：1和8：1部件外，還有16：1部件，例如Intersil DG406DYZ-T和ADI公司的ADG526AKRZ。還有交叉點(diǎn)開關(guān)陣列。雖然對(duì)于大多數(shù)源/目的地類型的傳感器陣列可能不需要交叉點(diǎn)開關(guān)，但是可能存在一些高可靠性和冗余系統(tǒng)，其中這些可以派上用場(chǎng)。

像交換機(jī)和多路復(fù)用器一樣，交叉點(diǎn)交換機(jī)有多種架構(gòu)，從雙2x2，4x4和8x8，一直到40 x 40.雖然這些可能比你需要的多，但它們很高興知道為了以防萬(wàn)一。

結(jié)論

模擬開關(guān)和多路復(fù)用器可以很好地隔離和傳遞我們的傳感器，音頻或其他模擬系統(tǒng)接口的線性信號(hào)。無(wú)論是用于選擇要查看的信號(hào)還是用于切換校準(zhǔn)級(jí)別以獲得更高的精度，模擬開關(guān)都已經(jīng)并將在我們的設(shè)計(jì)中使用。

當(dāng)存在這么多可能性時(shí)，找到正確部分的關(guān)鍵是一個(gè)很好的參數(shù)搜索引擎，例如在Digi-Key網(wǎng)站上找到的搜索引擎。這可以大大加快部分搜索速度，并提供最佳的成本/性能水平。