Blog de la compañía ADI ADG731 Multiplexadores analógicos monolíticos CMOS de 32 canales controlados en serie

Shenzhen Mingjiada Electronics Co., Ltd. suministra ADIADG731Multiplexor analógico de control serie CMOS monolítico de 32 canales.

I.ADG731descripción general del producto
ElADG731Es un multiplexor analógico de control serie de 32 canales CMOS de un solo chip de alto rendimiento. Adopta un diseño integrado de un solo chip y realiza una arquitectura de conmutación de señal 32:1 con 32 entradas de señal analógica de un solo extremo y una única salida de señal común. Es el componente central de un sistema de control, detección y adquisición de señales analógicas multicanal. Este chip abandona el diseño engorroso del control de direcciones paralelas del multiplexor tradicional y está equipado con una interfaz serial de tres cables compatible con SPI, lo que simplifica enormemente el cableado del hardware y la ocupación de los recursos de control principal. Al mismo tiempo, se basa en tecnología CMOS madura para equilibrar la baja impedancia, la baja distorsión de la señal y la alta velocidad de conmutación, lo que lo hace perfectamente adecuado para escenarios de conmutación de señales analógicas de precisión de grado industrial.
 

ElADG731utiliza un paquete 48-TQFP, que es de tamaño compacto, tiene un excelente rendimiento de disipación de calor y cubre un rango de temperatura de grado industrial de -40 ℃ a +85 ℃. Admite una amplia gama de fuentes de alimentación simples/dobles y puede adaptarse de manera flexible a sistemas con diferentes arquitecturas de fuente de alimentación, como dispositivos portátiles, medición y control industriales e instrumentos. Es el dispositivo preferido para escenarios de conmutación múltiple de señales analógicas multicanal.

II. Funciones principales y características arquitectónicas deADG731
1. Diseño de arquitectura de canales.
ElADG731Cuenta con 32 canales de conmutación analógicos controlables independientemente, adoptando una entrada de un solo extremo y una arquitectura de salida común. Utiliza codificación de dirección binaria de 5 bits para lograr una activación precisa de los 32 canales, lo que permite conectar solo un canal a la vez, evitando de manera efectiva la diafonía de señales entre canales. Todos los canales analógicos admiten la transmisión de señales de carril a carril, maximizando el rango dinámico de los voltajes de la fuente de alimentación y adaptándose a las necesidades de conmutación de señales pequeñas de bajo voltaje y señales analógicas de amplitud convencionales.

2. Interfaz de control en serie
A diferencia de los multiplexores de direccionamiento paralelo tradicionales, elADG731Está equipado con una interfaz serie estandarizada compatible con SPI de tres cables, que consta de un pin de reloj, un pin de entrada de datos y un pin de selección de chip, que no requiere una gran cantidad de recursos GPIO de control principal. El controlador maestro puede controlar con precisión la conexión del canal correspondiente ingresando un código de dirección de canal de 5 bits mediante cambio en serie. La lógica de comunicación en serie es simple y altamente compatible, y puede conectarse directamente a controladores maestros integrados convencionales como STM32, FPGA y DSP, lo que simplifica enormemente el cableado del hardware y la dificultad de desarrollo de programas de los sistemas de conmutación multicanal. Mientras tanto, la interfaz admite niveles lógicos TTL/CMOS estándar, con umbrales claros de nivel alto y bajo y fuertes capacidades antiinterferencias.

3. Ventajas del proceso CMOS integrado monolítico
ElADG731se fabrica utilizando un proceso CMOS de alto rendimiento, que integra todos los interruptores analógicos, lógica de decodificación, circuitos de controlador y circuitos de interfaz en serie. Puede lograr de forma independiente funciones de conmutación de señal sin necesidad de dispositivos auxiliares externos, lo que resulta en un grado de integración extremadamente alto. En comparación con los circuitos de conmutación multicanal construidos en múltiples chips e interruptores discretos, una arquitectura de un solo chip reduce efectivamente el tamaño del sistema, el consumo de energía y la complejidad del cableado, al tiempo que evita los problemas de mala consistencia y baja estabilidad de los dispositivos discretos, garantizando así la consistencia y confiabilidad de la conmutación de señales multicanal.

III. Parámetros clave de rendimiento eléctrico deADG731
Con sus excelentes parámetros eléctricos, elADG731logra una conmutación de señal analógica de alta precisión, baja pérdida y baja interferencia. Sus parámetros principales de rendimiento son los siguientes y todos los indicadores se basan en condiciones de prueba estándar de la industria:

- Características de la fuente de alimentación: Admite una amplia gama de fuentes de alimentación flexibles, con un voltaje de fuente de alimentación única de 1,8 V ~ 5,5 V y una fuente de alimentación simétrica de fuente de alimentación dual de ± 2,25 V ~ ± 2,75 V. Puede ser compatible con equipos portátiles de bajo voltaje y sistemas de control y medición industriales convencionales, y aún puede mantener un rendimiento completo en el modo de suministro de energía de bajo voltaje.
- Características de impedancia activa: la resistencia activa típica es de solo 4 Ω y la planitud de la resistencia activa es tan baja como 0,5 Ω. La consistencia de la resistencia de los 32 canales es excelente, lo que puede minimizar la caída de voltaje de transmisión de la señal y la distorsión de amplitud y garantizar la consistencia de precisión de la adquisición de señales multicanal.
- Rendimiento de señal dinámica: - Ancho de banda de señal de 3 dB hasta 18 MHz, que puede satisfacer las necesidades de conmutación de señales analógicas de baja frecuencia a media-alta frecuencia; El tiempo de retardo de conmutación típico es de 42 ns y la velocidad de respuesta de conmutación es rápida, lo que lo hace adecuado para escenarios de adquisición de señales multicanal de alta velocidad.
- Características de baja interferencia: la inyección de carga es de solo 1 pC y el pulso de interferencia del circuito digital al enlace analógico durante el proceso de conmutación es extremadamente pequeño; La corriente de fuga de cierre típica es de 250 pA y la fuga de señal del canal no conducido es extremadamente baja; La capacidad de supresión de diafonía de canales alcanza -72 dB, eliminando eficazmente la interferencia de señal entre canales y garantizando la precisión de adquisición de señales analógicas débiles.
- Corriente de fuga y rendimiento de aislamiento: la corriente de fuga en el estado encendido es extremadamente pequeña y la corriente de fuga en todo el rango de temperatura se controla al nivel de nanoamperios, lo que reduce en gran medida la pérdida de transmisión de señal y es adecuada para escenarios de detección de señales débiles de alta precisión.
- Entorno de trabajo: rango de temperatura de trabajo de grado industrial -40 ℃ a +85 ℃, con excelente estabilidad de parámetros eléctricos en entornos de alta y baja temperatura, y puede adaptarse a las duras condiciones del sitio industrial.

IV.ADG731Principio de funcionamiento y lógica de control
La lógica de trabajo principal del ADG731 es "decodificación de direcciones en serie + activación de un solo canal", y el flujo de trabajo general es claro y eficiente. Una vez encendido el sistema, el chip completa la inicialización del circuito interno y entra en modo de espera, con todos los canales analógicos apagados de forma predeterminada. El dispositivo de control principal transmite datos de dirección de canal de 5 bits al chip bit a bit a través de una interfaz en serie de tres cables. Una vez que los datos de la dirección son bloqueados por un registro de desplazamiento en serie dentro del chip, se envían al circuito de decodificación para completar la decodificación.

Con base en la señal de dirección analizada, el circuito de decodificación controla con precisión el canal analógico correspondiente, mientras que los 31 canales restantes permanecen apagados, logrando una conmutación de señal analógica de 32 a 1. Las señales analógicas externas se transmiten al terminal de salida común a través de un canal conductor y luego se pueden conectar a módulos de procesamiento de fondo, como circuitos de muestreo ADC y circuitos de amplificación operativa. Cuando se requiere cambiar de canal, el controlador principal reenvía el nuevo código de dirección y el chip apaga automáticamente el canal original y enciende el nuevo canal para completar el cambio de ruta de la señal. El proceso de cambio es estable y sin fallos. Combinado con la característica de inyección de carga baja, puede evitar eficazmente la interferencia de la señal en el momento de la conmutación.
Mientras tanto, el chip tiene una característica de sincronización de conmutación de desconexión antes de conectarse, lo que puede evitar eficazmente cortocircuitos de señal y conflictos de enlace durante el cambio de canal, mejorando aún más la estabilidad del sistema.

V. Escenarios típicos de aplicación deADG731
Aprovechando sus principales ventajas de integración multicanal, baja distorsión, baja interferencia y facilidad de control, elADG731se utiliza ampliamente en varios sistemas de control y adquisición de señales analógicas multicanal, con los siguientes escenarios de aplicación principales:

1. Sistema industrial de adquisición de datos multicanal.
En escenarios de adquisición multicanal de señales de sensores analógicos como temperatura, presión, humedad, voltaje y corriente industriales, elADG731Puede ampliar la entrada de señal del sensor de 32 canales. El chip único logra una conmutación de tiempo compartido de señales multicanal y completa el muestreo de datos multicanal con un ADC de alta precisión, lo que simplifica enormemente el diseño de circuitos de las placas de control y medición industriales y mejora la integración del sistema y la precisión de la detección.

2. Instrumentos de precisión y equipos de prueba.
Se utiliza en instrumentos de prueba de precisión como osciloscopios, analizadores de señales, probadores de impedancia y multímetros de alta precisión para conmutar y activar múltiples señales de prueba analógicas. Su impedancia de encendido extremadamente baja, distorsión de señal mínima y capacidades de supresión de diafonía pueden preservar las características de la señal original en la mayor medida posible, asegurando la precisión de la detección y la consistencia de la medición del instrumento.

3. Sistema de gestión de baterías y detección de suministro de energía.
En el sistema de detección de corriente y voltaje de múltiples nodos de los paquetes de baterías y fuentes de alimentación de almacenamiento de energía, los parámetros de simulación de cada celda individual del paquete de baterías se recopilan a través de 32 canales en tiempo compartido para lograr un monitoreo en tiempo real del estado de la batería. Las características de bajo voltaje y bajo ruido se pueden adaptar a las necesidades de detección de señales débiles de la batería y garantizar la confiabilidad del monitoreo del sistema de administración de la batería.

4. Equipos portátiles de medición y control.
Aprovechando sus ventajas de suministro de energía de amplio voltaje, bajo consumo de energía y tamaño pequeño, es adecuado para productos livianos como registradores de datos portátiles y equipos de prueba portátiles. Logra funciones de adquisición de señales multicanal en un espacio limitado para el equipo, al tiempo que reduce el consumo general de energía y mejora la duración de la batería.

VI.ADG731Precauciones de aplicación y diseño de hardware
1. Diseño de fuente de alimentación
La fuente de alimentación debe estar equipada con un condensador de desacoplamiento de alta frecuencia de 0,1 μF y un condensador de filtro de alta capacidad de 10 μF, que están cerca del pin de alimentación y tierra del chip para filtrar ondulaciones de alta frecuencia y fluctuaciones de baja frecuencia en la fuente de alimentación y evitar que el ruido de la fuente de alimentación introduzca interferencias en la señal analógica. Cuando se alimenta con fuentes de alimentación duales, es necesario garantizar que las fuentes de alimentación positiva y negativa sean simétricas y que la conexión a tierra sea confiable para evitar la distorsión de la señal causada por una compensación potencial.

2. Cableado de señal
El cableado del canal de entrada analógico debe ser lo más corto y recto posible, alejado de cables de alta interferencia, como relojes digitales y fuentes de alimentación, y los canales analógico y digital deben compartir un único punto de tierra para evitar el acoplamiento de ruido digital al enlace analógico. Las 32 pistas de entrada mantienen una longitud e impedancia de cableado consistentes, lo que garantiza una transmisión de señal consistente en todos los canales.

3. Diseño de interfaz serie
La adaptación de impedancia de los cables de comunicación serie SPI reduce la reflexión y la interferencia de la señal, lo que garantiza una transmisión precisa de los datos de dirección. En escenarios de conmutación de alta velocidad, la frecuencia del reloj de comunicación se configura razonablemente para equilibrar la velocidad de conmutación y la estabilidad de la comunicación, evitando anomalías en la activación del canal causadas por errores de datos.

4. Disipación de calor y adaptación de las condiciones de funcionamiento.
El paquete 48-TQFP tiene un excelente rendimiento de disipación de calor y no requiere una estructura de disipación de calor adicional en condiciones normales de funcionamiento; En escenarios de alta temperatura y alta carga, el área del revestimiento de cobre se puede aumentar adecuadamente para mejorar la eficiencia de disipación de calor y garantizar que el chip funcione de manera estable dentro de todo el rango de temperatura.

7. Resumen deADG731Ventajas del producto
Como multiplexor analógico en serie clásico de 32 canales de ADI, elADG731cuenta con cuatro ventajas principales: alta integración, excelente rendimiento de la señal, fácil control y alta estabilidad. En comparación con los multiplexores de control paralelo tradicionales, la interfaz serie ahorra en gran medida recursos de control principal y espacio de cableado; En comparación con los circuitos combinados de interruptores discretos, las arquitecturas monolíticas tienen mayor consistencia, menor consumo de energía y menor volumen; Impedancia, inyección de carga y diafonía extremadamente bajas, perfectamente adecuadas para escenarios de conmutación de señales analógicas precisas.

Con su proceso maduro, rendimiento estable y amplia adaptabilidad, elADG731se ha convertido en el dispositivo preferido para la conmutación de señales analógicas multicanal en muchos campos, como medición y control industrial, instrumentos de precisión, pruebas de energía y equipos portátiles. Reduce efectivamente la dificultad del diseño del sistema y mejora la precisión de la detección y la confiabilidad operativa del equipo.