高隔離多路視頻信號傳輸控制器——MAX4545

http://dyxdggzs.com/article/201612/333188.htm

1 引言

當今，隨著(zhù)國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，工業(yè)監控系統工程的研究與應用無(wú)論在效率的提高、成本的降低、工藝的改進(jìn)、應用范圍的擴大等方面都得到了迅速的發(fā)展。為促進(jìn)安全生產(chǎn)、規范管理、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，目前，在許多工礦企業(yè)、銀行、收費站等部門(mén)均安裝了工業(yè)電視監控系統。顧名思義，“監控”即對監測、監視到的信息合理地進(jìn)行控制。監控系統的功能是根據監控的需要，既可以方便地隨時(shí)調閱任一監控點(diǎn)的圖像，又可以在指定的監視器上顯現所需監控點(diǎn)的圖像。監控系統的關(guān)鍵部位是視頻矩陣切換器，其主要作用是控制傳輸信號的流程。操作人員可以在室內集中監控、接收來(lái)自較遠現場(chǎng)的設備狀況和工作環(huán)境信息（如：火力發(fā)電廠(chǎng)的卸煤機、輸煤傳送帶、爐膛火焰、升壓站等環(huán)境較為惡劣的工作現場(chǎng)的適時(shí)監控）。在以視頻矩陣與控制主機為核心的系統中可以選擇任意一臺攝像機的圖像在任一指定的監視器上輸出顯示。如：M臺攝像機和N臺監視器構成的M·N矩陣。一般，矩陣切換系統可大可小，小型系統可以是4×1，大型系統可達到1024×256或更大。而視頻矩陣的關(guān)鍵部位是傳輸視頻信號的控制芯片，控制傳輸視頻信號芯片的關(guān)鍵指標則是芯片的帶寬、關(guān)斷隔離和串擾。下面介紹一種寬帶且有較好關(guān)斷隔離和串擾指標的新型視頻模擬開(kāi)關(guān)芯片——MAX4545。

2 MAX4545的功能特性

MAX4545是一種可用于50Ω～75Ω系統中，300MHz的低電壓、雙向多路高頻開(kāi)關(guān)，可廣泛用于音頻、視頻開(kāi)關(guān)陣列。器件包含4個(gè)使能控制的SINGLE－POLE/SINGLE－THROW(SPST)常開(kāi)開(kāi)關(guān)，每一開(kāi)關(guān)由MOSFET組成“T”型結構。它能提供比單個(gè)開(kāi)關(guān)更高的關(guān)斷隔離。在10MHz有大于80dB的，較好的高頻關(guān)斷隔離和串擾指標，能處理軌——軌任一方向的模擬信號，使用最佳±5V供電，關(guān)斷漏電流在25℃時(shí)小于5μA，在85℃時(shí)小于50μA。這種CMOS開(kāi)關(guān)在±2.7V至±6V供電范圍內均能正常工作。所有受控端的邏輯信號輸入閾門(mén)電平約為0.8V～2.4V（典型電平為1.5V）。

3 MAX4545芯片引腳排列及說(shuō)明

MAX4545引腳排列如圖1所示。引腳說(shuō)明見(jiàn)表1。

表1 MAX4545引腳說(shuō)明

＊每一管內部沒(méi)有連接地，使用時(shí)要將芯片所有GND-均連接到地。

＊＊NO-、NC-和COM-管腳可交換使用，任何一端都可作為輸入端使用。

4 MAX4545工作原理

MAX4545結構為高頻“T”型開(kāi)關(guān)，如圖2所示。等效電路如圖3所示。

MAX4545的結構是典型的CMOS模擬開(kāi)關(guān)。有三個(gè)電壓管腳：V＋、V和GND。V＋和V用于驅動(dòng)內部CMOS開(kāi)關(guān)正常工作。在每一個(gè)信號端（GND，NO，IN，COM）與V＋和V之間均接有反相靜電放電保護二極管(ESD)。如果其中任何一端信號電壓超過(guò)V＋或低于V，保護二極管將導通，正常工作時(shí)這些反相偏置的ESD處于截止狀態(tài)。芯片內部的模擬信號通道與地沒(méi)有連接，模擬信號路徑為一個(gè)N溝道和一個(gè)P溝道的MOSFET并聯(lián)后再串接，并由邏輯正電平和邏輯負電平去驅動(dòng)，使模擬信號正常通過(guò)。

（1）邏輯電平的傳輸

邏輯電平輸入IN，由A1將IN電平轉換成由V＋至V的邏輯信號去驅動(dòng)A2（A2作為常閉開(kāi)關(guān)），再由A2驅動(dòng)N溝道MOSFET－N1、N2，使N1、N2完全導通或截止。A2同時(shí)又驅動(dòng)A3，A3驅動(dòng)P溝道MOSFET－P1、P2使P1、P2完全導通或截止。A3同時(shí)又驅動(dòng)N溝道MOSFET－N3，使N3截止或導通。邏輯電平IN由V＋和地決定（見(jiàn)參數指標），所有GND必須統一接地?！癟”型開(kāi)關(guān)的配置，很好地衰減了開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)，通過(guò)源一漏極雜散電容的視頻信號。

等效電路說(shuō)明：當“T”型開(kāi)關(guān)導通時(shí)S1和S2閉合S3斷開(kāi)，當“T”型開(kāi)關(guān)截止時(shí)S1和S2斷開(kāi)S3閉合。關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，那些通過(guò)串聯(lián)MOSFET寄生電容的耦合信號被S3完全旁路。

（2）開(kāi)關(guān)閉合與斷開(kāi)

當IN為“1”時(shí)，開(kāi)關(guān)閉合，N1、N2、P1、和P2導通，N3截止，信號由COM(NO)到NO(COM)通過(guò)。由于N溝道和P溝道MOSFET起純阻作用，這種典型的對稱(chēng)結構在50Ω～75Ω系統中，100MHz平坦度為－1dB。

當N1為“0”時(shí)，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，N1、N2、P1、和P2截止，N3導通，泄漏信號通過(guò)N3旁路。在50Ω～75Ω系統中，10MHz帶寬關(guān)斷隔離度大于－80dB。此開(kāi)關(guān)的速度較快，在同一邏輯電平驅動(dòng)下開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)間（toff=35ns）小于開(kāi)關(guān)時(shí)間（ton=90ns），MAX4545有較好的軌—軌串擾指標，達－88dB。

（3）阻抗匹配

MAX4545模擬開(kāi)關(guān)的典型導通電阻為14Ω。因此，在同軸電纜傳輸系統中，它能夠與任何一路斷開(kāi)或關(guān)閉狀態(tài)時(shí)的阻抗相匹配。關(guān)斷狀態(tài)的隔離度較好，更能保證良好的阻抗匹配。用±5V供電時(shí)，50Ω或75Ω系統中的阻抗匹配是最佳的。

（4）電源供電

MAX4545可在單電源＋2.7V～＋12V供電、雙電源±2.7V～±6V供電時(shí)正常工作。雙電源供電時(shí)V＋和V無(wú)須對稱(chēng)使用，但是，任何時(shí)候V＋與V的總和（絕對值）不能超過(guò)13.0V。不能同時(shí)將MAX4545的V＋端接到＋3V時(shí)，又將邏輯電平的輸入端接到TTL邏輯信號上，因TTL的邏輯電平輸出，可能會(huì )超過(guò)最大值范圍，這樣將損壞芯片或外部電路。

5 MAX4545主要參數（最佳±5V供電）

MAX4545主要參數見(jiàn)表2。

表2 MAX4545主要參數

6 結語(yǔ)

由于MAX4545的特殊構造，使其更具有良好的開(kāi)通和關(guān)斷特性，同時(shí)克服了一般芯片對大型系統中較多路視頻信號同時(shí)在入口處等待調出而引起的各路信號間的串擾現象。該電路通過(guò)改進(jìn)可簡(jiǎn)單地改變信號的傳輸方向，構成多路分離器。為保證該設備工作穩定、可靠，設計電路時(shí)需要在V＋和V到地端外加保護二極管。為了確保印制電路板的走線(xiàn)不會(huì )降低開(kāi)關(guān)電路性能，設計時(shí)應按照高于1GHz來(lái)考慮，電路板上模擬信號引線(xiàn)應盡可能短（不要繞路）；最好不使用IC插座，否則會(huì )增加寄生電容和電感；印制板至少應當設計成雙層板，一層為信號層，一層為接地層；所有模擬信號走線(xiàn)均要用兩排地線(xiàn)屏蔽，使得信號在印制板上傳輸最佳。