← На главную

Коммутация ВЧ сигналов с помощью 74HC4053

Ранее мы познакомились со схемой коммутации ВЧ сигналов при помощи диодов. Для решения той же задачи (сделать как бы реле, только без кликов) иногда применяют аналоговые мультиплексоры / демультиплексоры серии 74HCxx. Рассмотрим плюсы и минусы данного решения.

Есть три родственных микросхемы (даташит [PDF]):

  • 74HC4051 является аналоговым коммутатором с единственным переключателем. Переключатель имеет восемь положений;
  • 74HC4052 – такой же чип, только с двумя переключателями, каждый на четыре положения. Управляющий сигнал общий для обоих переключателей. То есть, переключатели не являются независимыми;
  • Наконец, 74HC4053 имеет три переключателя, каждый на два положения. Переключатели совершенно независимы, каждый со своим управляющим сигналом;

Также существует похожий чип, 74HC4066 (даташит [PDF]). Он представляет собой четыре нормально разомкнутых переключателя. У каждого переключателя свой управляющий сигнал. И еще одна микросхема, 74HC4067 (даташит [PDF]) представляет собой переключатель на 16 положений.

В рамках статьи мы рассмотрим только 74HC4053. Воспользуемся такой схемой:

Схема использования аналогового коммутатора 74HC4053

Здесь у нас три переключателя – X, Y и Z. Когда на пине A (номер 11) низкое напряжение, чип позволяет течь току между пинами X0 и X (12 и 14) в любом направлении. Если же на пине A высокое напряжение, ток может течь между пинами X1 и X (13 и 14). X0 и X1 в местной терминологии называют каналами. Когда ток может течь через заданный канал, говорят, что канал открыт, иначе – что закрыт. Аналогично напряжение на пинах B и C (9 и 10) управляет переключателями Y и Z. Подача высокого напряжения на пин Inh (6) запрещает току течь между любыми пинами любого переключателя.

Напряжение на входе должен быть между Vee и Vcc. Здесь Vee подтянут к земле. Поэтому используются резисторы 100 кОм, добавляющие к сигналу постоянную составляющую Vcc/2. Из трех переключателей в данном примере используется только два. В целом, схема работает подобно реле с двумя контактными группами.

Главный недостаток схемы состоит в том, что открытый канал имеет отличное от нуля сопротивление rON. Согласно даташиту, типичное значение rON – 70 Ом, а максимальное – 160 Ом. Это выливается во вносимые потери 4.6 dB в типичном случае, и 8.3 dB в худшем случае. Вносимые потери могут быть снижены параллельным включением каналов. Притом, не обязательно использовать каналы одной и той же микросхемы.

Потребление тока низкое, меньше 1 мА. Уровень входного сигнала не может превышать 12 dBm (2.5 Vpp). Измеренный уровень нелинейных искажений при таком уровне составил -28 dBc. Для обеспечения лучшей линейности не стоит превышать -5 dBm на входе. Изоляция портов нормальная, 40+ dB на КВ, как в рамках одной «контактной группы», так и между ними. Схема плохо согласована с 50 Ом. Значение КСВ составляет 2.4 в типичном случае и 4.2 в худшем. Эта проблема решается либо трансформаторами 1:4, либо тем же параллельным включением каналов.

Схема примечательна низкой ценой (половина от стоимости реле), низким потреблением тока, бесшумным переключением и отсутствием механического износа, а также компактностью в расчете на число положений и контактных групп. Однако из-за высоких вносимых потерь, а также не лучших линейности и согласования с 50 Ом, данные микросхемы редко применяют для коммутации сигналов.

Дополнение: В продолжение темы вас могут заинтересовать статьи Схема коммутации НЧ сигналов на полевых транзисторах, Квадратурный демодулятор на основе 74HC4053 и Квадратурный сэмплирующий детектор по схеме Тейло.