Коммутация ВЧ сигналов с помощью 74HC4053

30 августа 2021

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.

Метки: , , .