Firmenblog über ADI ADG731 Monolithische 32-Kanal-Analog-Multiplexer mit serieller Steuerung

Shenzhen Mingjiada Electronics Co., Ltd. liefert ADIADG731Monolithischer CMOS-32-Kanal-Analogmultiplexer mit serieller Steuerung.

ICH.ADG731Produktübersicht
DerADG731ist ein leistungsstarker Single-Chip-CMOS-32-Kanal-Analogmultiplexer mit serieller Steuerung. Es verfügt über ein integriertes Single-Chip-Design und realisiert eine 32:1-Signalschaltarchitektur mit 32 Single-Ended-Analogsignaleingängen und einem einzigen gemeinsamen Signalausgang. Es ist die Kernkomponente eines mehrkanaligen analogen Signalerfassungs-, Erkennungs- und Steuerungssystems. Dieser Chip verzichtet auf das umständliche Design der herkömmlichen parallelen Multiplexer-Adresssteuerung und ist mit einer mit SPI kompatiblen dreiadrigen seriellen Schnittstelle ausgestattet, die die Hardwareverkabelung und die Belegung der Hauptsteuerungsressourcen erheblich vereinfacht. Gleichzeitig basiert es auf einer ausgereiften CMOS-Technologie, um eine niedrige Einschaltimpedanz, eine geringe Signalverzerrung und eine hohe Schaltgeschwindigkeit auszugleichen, wodurch es sich perfekt für präzise analoge Signalschaltszenarien in Industriequalität eignet.
 

DerADG731verwendet ein 48-TQFP-Gehäuse, das kompakt ist, eine hervorragende Wärmeableitungsleistung aufweist und einen industrietauglichen Temperaturbereich von -40℃ bis +85℃ abdeckt. Es unterstützt ein breites Spektrum an Einzel-/Doppelstromversorgungen und kann flexibel an Systeme mit unterschiedlichen Stromversorgungsarchitekturen angepasst werden, wie z. B. tragbare Geräte, industrielle Mess- und Regelsysteme sowie Instrumente. Es ist das bevorzugte Gerät für Multi-Switching-Szenarien mit analogen Mehrkanalsignalen.

II. Kernfunktionen und Architekturmerkmale vonADG731
1. Kanalarchitekturdesign
DerADG731verfügt über 32 unabhängig steuerbare analoge Schaltkanäle und verfügt über eine Single-Ended-Eingangs- und gemeinsame Ausgangsarchitektur. Es verwendet eine binäre 5-Bit-Adresscodierung, um ein präzises Gating aller 32 Kanäle zu erreichen, sodass jeweils nur ein Kanal verbunden werden kann, wodurch Signalübersprechen zwischen Kanälen effektiv vermieden wird. Alle analogen Kanäle unterstützen die Rail-to-Rail-Signalübertragung, wodurch der Dynamikbereich der Versorgungsspannungen maximiert und an die Schaltanforderungen von Niederspannungs-Kleinsignalen und analogen Signalen mit herkömmlicher Amplitude angepasst wird.

2. Serielle Steuerschnittstelle
Im Gegensatz zu herkömmlichen Multiplexern mit paralleler Adressierung ist derADG731ist mit einer standardisierten dreiadrigen SPI-kompatiblen seriellen Schnittstelle ausgestattet, die aus einem Takt-Pin, einem Dateneingangs-Pin und einem Chip-Auswahl-Pin besteht und keine große Menge an GPIO-Hauptsteuerressourcen erfordert. Der Master-Controller kann die Verbindung des entsprechenden Kanals genau steuern, indem er einen 5-Bit-Kanaladresscode durch serielle Verschiebung eingibt. Die serielle Kommunikationslogik ist einfach und hochkompatibel und kann direkt mit gängigen eingebetteten Master-Controllern wie STM32, FPGA und DSP verbunden werden, wodurch die Hardware-Verkabelung und die Programmentwicklungsschwierigkeiten von Mehrkanal-Schaltsystemen erheblich vereinfacht werden. Mittlerweile unterstützt die Schnittstelle Standard-TTL/CMOS-Logikpegel mit klaren oberen und unteren Schwellenwerten und starken Anti-Interferenz-Fähigkeiten.

3. Vorteile des monolithisch integrierten CMOS-Prozesses
DerADG731wird in einem Hochleistungs-CMOS-Prozess hergestellt, der alle Analogschalter, Decodierungslogik, Treiberschaltungen und serielle Schnittstellenschaltungen integriert. Es kann unabhängig Signalschaltfunktionen ausführen, ohne dass externe Hilfsgeräte erforderlich sind, was zu einem extrem hohen Integrationsgrad führt. Im Vergleich zu Mehrkanal-Schaltkreisen, die auf mehreren Chips und diskreten Schaltern basieren, reduziert eine Einzelchip-Architektur effektiv die Systemgröße, den Stromverbrauch und die Verkabelungskomplexität und vermeidet gleichzeitig die Probleme schlechter Konsistenz und geringer Stabilität diskreter Geräte, wodurch die Konsistenz und Zuverlässigkeit der Mehrkanal-Signalschaltung gewährleistet wird.

III. Wichtige elektrische Leistungsparameter vonADG731
Mit seinen hervorragenden elektrischen Parametern ist dasADG731ermöglicht eine hochpräzise, ​​verlustarme und störungsarme Analogsignalumschaltung. Die wichtigsten Leistungsparameter lauten wie folgt, und alle Indikatoren basieren auf branchenüblichen Testbedingungen:

- Eigenschaften der Stromversorgung: Unterstützt eine Vielzahl flexibler Stromversorgungen mit einer einzelnen Stromversorgungsspannung von 1,8 V bis 5,5 V und einer symmetrischen Stromversorgung mit zwei Stromversorgungen von ±2,25 V bis ±2,75 V. Es kann mit tragbaren Niederspannungsgeräten und herkömmlichen industriellen Mess- und Steuerungssystemen kompatibel sein und dennoch die volle Leistung im Niederspannungs-Stromversorgungsmodus aufrechterhalten.
- Eigenschaften der Einschaltimpedanz: Der typische Einschaltwiderstand beträgt nur 4 Ω und die Ebenheit des Einschaltwiderstands beträgt nur 0,5 Ω. Die Einschaltwiderstandskonsistenz der 32 Kanäle ist ausgezeichnet, wodurch der Spannungsabfall und die Amplitudenverzerrung bei der Signalübertragung minimiert und die Genauigkeitskonsistenz der Mehrkanal-Signalerfassung sichergestellt werden können.
- Dynamische Signalleistung: - 3 dB Signalbandbreite bis zu 18 MHz, die den Schaltanforderungen von analogen Niederfrequenz- bis Mittelhochfrequenzsignalen gerecht werden kann; Die typische Schaltverzögerungszeit beträgt 42 ns und die Schaltreaktionsgeschwindigkeit ist schnell, sodass es für Hochgeschwindigkeits-Mehrkanal-Signalerfassungsszenarien geeignet ist.
- Geringe Interferenzeigenschaften: Die Ladungsinjektion beträgt nur 1 pC und der Störimpuls vom digitalen Schaltkreis zur analogen Verbindung während des Schaltvorgangs ist äußerst gering; Der typische Abschaltleckstrom beträgt 250 pA und der Signalverlust des nicht leitenden Kanals ist äußerst gering; Die Fähigkeit zur Unterdrückung von Kanalnebensprechen erreicht -72 dB, wodurch Signalinterferenzen zwischen Kanälen effektiv eliminiert und die Erfassungsgenauigkeit schwacher analoger Signale sichergestellt werden.
- Leckstrom und Isolationsleistung: Der Leckstrom im eingeschalteten Zustand ist extrem gering und der Leckstrom im gesamten Temperaturbereich wird auf Nanoampere-Niveau kontrolliert, was den Signalübertragungsverlust erheblich reduziert und für hochpräzise Schwachsignalerkennungsszenarien geeignet ist.
- Arbeitsumgebung: Arbeitstemperaturbereich in Industriequalität von -40℃ bis +85℃, mit ausgezeichneter Stabilität der elektrischen Parameter in Umgebungen mit hohen und niedrigen Temperaturen und kann an raue Industriestandortbedingungen angepasst werden.

IV.ADG731Funktionsprinzip und Steuerlogik
Die Kernarbeitslogik des ADG731 ist „serielle Adressdekodierung + Einkanal-Gating“, und der gesamte Arbeitsablauf ist klar und effizient. Nach dem Einschalten des Systems schließt der Chip die Initialisierung der internen Schaltung ab und befindet sich im Standby-Modus, wobei alle analogen Kanäle standardmäßig ausgeschaltet sind. Das Hauptsteuergerät überträgt 5-Bit-Kanaladressdaten Stück für Stück über eine dreiadrige serielle Schnittstelle an den Chip. Nachdem die Adressdaten durch ein serielles Schieberegister im Chip zwischengespeichert wurden, werden sie an die Decodierungsschaltung gesendet, um die Decodierung abzuschließen.

Basierend auf dem analysierten Adresssignal schaltet die Decodierungsschaltung den entsprechenden analogen Kanal genau durch, während die restlichen 31 Kanäle ausgeschaltet bleiben, wodurch eine 32-zu-1-Analogsignalumschaltung erreicht wird. Externe analoge Signale werden über einen leitenden Kanal an den gemeinsamen Ausgangsanschluss übertragen und können dann an Back-End-Verarbeitungsmodule wie ADC-Abtastschaltungen und Operationsverstärkerschaltungen angeschlossen werden. Wenn eine Kanalumschaltung erforderlich ist, sendet der Hauptcontroller den neuen Adresscode erneut und der Chip schaltet automatisch den ursprünglichen Kanal aus und den neuen Kanal ein, um die Signalpfadumschaltung abzuschließen. Der Umschaltvorgang ist stabil und störungsfrei. In Kombination mit der Eigenschaft der geringen Ladungsinjektion können Signalstörungen im Moment des Umschaltens wirksam vermieden werden.
Mittlerweile verfügt der Chip über eine Schaltzeiteinstellung, bei der die Verbindung vor dem Verbinden getrennt wird, wodurch Signalkurzschlüsse und Verbindungskonflikte während der Kanalumschaltung effektiv vermieden werden können, was die Systemstabilität weiter verbessert.

V. Typische Anwendungsszenarien vonADG731
Unter Ausnutzung seiner Kernvorteile Mehrkanalintegration, geringe Verzerrung, geringe Interferenz und einfache SteuerungADG731wird häufig in verschiedenen Mehrkanal-Analogsignalerfassungs- und Steuerungssystemen mit den folgenden Kernanwendungsszenarien eingesetzt:

1. Industrielles Mehrkanal-Datenerfassungssystem
In Mehrkanal-Erfassungsszenarien analoger Sensorsignale wie industrieller Temperatur, Druck, Luftfeuchtigkeit, Spannung und Strom ist dieADG731kann den 32-Kanal-Sensorsignaleingang erweitern. Der einzelne Chip ermöglicht eine Mehrkanal-Signal-Time-Sharing-Umschaltung und vervollständigt die Mehrkanal-Datenabtastung mit einem hochpräzisen ADC, was das Schaltungsdesign industrieller Mess- und Steuerplatinen erheblich vereinfacht und die Systemintegration und Erkennungsgenauigkeit verbessert.

2. Präzisionsinstrumente und Prüfgeräte
Es wird in Präzisionsprüfgeräten wie Oszilloskopen, Signalanalysatoren, Impedanzprüfgeräten und hochpräzisen Multimetern zum Schalten und Gating mehrerer analoger Prüfsignale verwendet. Seine extrem niedrige Einschaltimpedanz, minimale Signalverzerrung und Übersprechunterdrückung können die ursprünglichen Signaleigenschaften weitestgehend bewahren und so die Erkennungsgenauigkeit und Messkonsistenz des Instruments gewährleisten.

3. Batteriemanagement- und Stromversorgungserkennungssystem
Im Multi-Node-Spannungs- und Stromerkennungssystem von Power-Akkupacks und Energiespeicher-Netzteilen werden die Simulationsparameter jeder einzelnen Zelle des Akkupacks über 32 Kanäle im Time-Sharing erfasst, um eine Echtzeitüberwachung des Batteriestatus zu erreichen. Die niedrigen Spannungs- und Rauscheigenschaften können an die Erkennungsanforderungen schwacher Batteriesignale angepasst werden und gewährleisten die Überwachungszuverlässigkeit des Batteriemanagementsystems.

4. Tragbare Mess- und Kontrollgeräte
Es nutzt die Vorteile einer Breitspannungsversorgung, eines geringen Stromverbrauchs und einer geringen Größe und eignet sich für leichte Produkte wie tragbare Datenrekorder und tragbare Prüfgeräte. Es ermöglicht Mehrkanal-Signalerfassungsfunktionen auf begrenztem Geräteraum, reduziert gleichzeitig den Gesamtstromverbrauch und verbessert die Batterielebensdauer.

VI.ADG731Vorsichtsmaßnahmen für Hardware-Design und Anwendung
1. Netzteildesign
Das Netzteil muss mit einem 0,1 μF-Hochfrequenz-Entkopplungskondensator und einem 10 μF-Hochkapazitäts-Filterkondensator ausgestattet sein, die nahe am Stromanschluss und der Masse des Chips liegen, um hochfrequente Wellen und niederfrequente Schwankungen im Netzteil herauszufiltern und zu verhindern, dass Netzteilrauschen zu analogen Signalstörungen führt. Bei der Stromversorgung über zwei Netzteile muss sichergestellt werden, dass die positiven und negativen Netzteile symmetrisch sind und die Erdung zuverlässig ist, um Signalverzerrungen durch Potenzialversatz zu verhindern.

2. Signalverkabelung
Die Verkabelung des analogen Eingangskanals sollte so kurz und geradlinig wie möglich sein, fern von stark störenden Kabeln wie Digitaluhren und Netzteilen, und die analogen und digitalen Kanäle sollten einen einzigen Erdungspunkt haben, um eine Einkopplung von digitalem Rauschen in die analoge Verbindung zu vermeiden. Die 32 Eingangsspuren sorgen für eine einheitliche Verdrahtungslänge und Impedanz und sorgen so für eine konsistente Signalübertragung über alle Kanäle.

3. Design der seriellen Schnittstelle
Die Impedanzanpassung der seriellen SPI-Kommunikationskabel reduziert Signalreflexionen und Interferenzen und sorgt so für eine genaue Adressdatenübertragung. In Hochgeschwindigkeits-Switching-Szenarien wird die Kommunikationstaktfrequenz angemessen konfiguriert, um Switching-Geschwindigkeit und Kommunikationsstabilität in Einklang zu bringen und durch Datenfehler verursachte Channel-Gating-Anormalitäten zu vermeiden.

4. Wärmeableitung und Betriebszustandsanpassung
Das 48-TQFP-Gehäuse verfügt über eine hervorragende Wärmeableitungsleistung und erfordert unter normalen Betriebsbedingungen keine zusätzliche Wärmeableitungsstruktur. In Hochtemperatur- und Hochlastszenarien kann die Kupferummantelungsfläche entsprechend vergrößert werden, um die Wärmeableitungseffizienz zu verbessern und sicherzustellen, dass der Chip im gesamten Temperaturbereich stabil arbeitet.

7. Zusammenfassung vonADG731Produktvorteile
Als klassischer 32-Kanal-Seriell-Analog-Multiplexer von ADI ist derADG731bietet vier Hauptvorteile: hohe Integration, hervorragende Signalleistung, einfache Steuerung und hohe Stabilität. Im Vergleich zu herkömmlichen parallelen Steuerungsmultiplexern spart die serielle Schnittstelle erheblich Hauptsteuerungsressourcen und Verkabelungsraum; Im Vergleich zu diskreten Schalterkombinationsschaltungen weisen monolithische Architekturen eine höhere Konsistenz, einen geringeren Stromverbrauch und ein kleineres Volumen auf; Extrem niedrige Einschaltimpedanz, Ladungsinjektion und Übersprechen, perfekt geeignet für präzise analoge Signalschaltszenarien.

Mit seinem ausgereiften Prozess, der stabilen Leistung und der breiten Anpassungsfähigkeit ist dasADG731hat sich zum bevorzugten Gerät für die Mehrkanal-Analogsignalumschaltung in vielen Bereichen wie industrieller Messung und Steuerung, Präzisionsinstrumenten, Energietests und tragbaren Geräten entwickelt. Es reduziert effektiv die Schwierigkeit des Systemdesigns und verbessert die Erkennungsgenauigkeit und Betriebszuverlässigkeit der Ausrüstung.