高隔離多路視頻信號(hào)傳輸控制器——MAX4545

http://butianyuan.cn/article/201612/333188.htm

1 引言

當(dāng)今，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)工程的研究與應(yīng)用無(wú)論在效率的提高、成本的降低、工藝的改進(jìn)、應(yīng)用范圍的擴(kuò)大等方面都得到了迅速的發(fā)展。為促進(jìn)安全生產(chǎn)、規(guī)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(fèi)站等部門(mén)均安裝了工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)。顧名思義，“監(jiān)控”即對(duì)監(jiān)測(cè)、監(jiān)視到的信息合理地進(jìn)行控制。監(jiān)控系統(tǒng)的功能是根據(jù)監(jiān)控的需要，既可以方便地隨時(shí)調(diào)閱任一監(jiān)控點(diǎn)的圖像，又可以在指定的監(jiān)視器上顯現(xiàn)所需監(jiān)控點(diǎn)的圖像。監(jiān)控系統(tǒng)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(hào)的流程。操作人員可以在室內(nèi)集中監(jiān)控、接收來(lái)自較遠(yuǎn)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備狀況和工作環(huán)境信息（如：火力發(fā)電廠的卸煤機(jī)、輸煤傳送帶、爐膛火焰、升壓站等環(huán)境較為惡劣的工作現(xiàn)場(chǎng)的適時(shí)監(jiān)控）。在以視頻矩陣與控制主機(jī)為核心的系統(tǒng)中可以選擇任意一臺(tái)攝像機(jī)的圖像在任一指定的監(jiān)視器上輸出顯示。如：M臺(tái)攝像機(jī)和N臺(tái)監(jiān)視器構(gòu)成的M·N矩陣。一般，矩陣切換系統(tǒng)可大可小，小型系統(tǒng)可以是4×1，大型系統(tǒng)可達(dá)到1024×256或更大。而視頻矩陣的關(guān)鍵部位是傳輸視頻信號(hào)的控制芯片，控制傳輸視頻信號(hào)芯片的關(guān)鍵指標(biāo)則是芯片的帶寬、關(guān)斷隔離和串?dāng)_。下面介紹一種寬帶且有較好關(guān)斷隔離和串?dāng)_指標(biāo)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(tǒng)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(jié)構(gòu)。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?dāng)_指標(biāo)，能處理軌——軌任一方向的模擬信號(hào)，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(nèi)均能正常工作。所有受控端的邏輯信號(hào)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(nèi)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(qū)動(dòng)內(nèi)部CMOS開(kāi)關(guān)正常工作。在每一個(gè)信號(hào)端（GND，NO，IN，COM）與V＋和V之間均接有反相靜電放電保護(hù)二極管(ESD)。如果其中任何一端信號(hào)電壓超過(guò)V＋或低于V，保護(hù)二極管將導(dǎo)通，正常工作時(shí)這些反相偏置的ESD處于截止?fàn)顟B(tài)。芯片內(nèi)部的模擬信號(hào)通道與地沒(méi)有連接，模擬信號(hào)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(fù)電平去驅(qū)動(dòng)，使模擬信號(hào)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(zhuǎn)換成由V＋至V的邏輯信號(hào)去驅(qū)動(dòng)A2（A2作為常閉開(kāi)關(guān)），再由A2驅(qū)動(dòng)N溝道MOSFET－N1、N2，使N1、N2完全導(dǎo)通或截止。A2同時(shí)又驅(qū)動(dòng)A3，A3驅(qū)動(dòng)P溝道MOSFET－P1、P2使P1、P2完全導(dǎo)通或截止。A3同時(shí)又驅(qū)動(dòng)N溝道MOSFET－N3，使N3截止或?qū)?。邏輯電平IN由V＋和地決定（見(jiàn)參數(shù)指標(biāo)），所有GND必須統(tǒng)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(hào)。

等效電路說(shuō)明：當(dāng)“T”型開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)S1和S2閉合S3斷開(kāi)，當(dāng)“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(hào)被S3完全旁路。

（2）開(kāi)關(guān)閉合與斷開(kāi)

當(dāng)IN為“1”時(shí)，開(kāi)關(guān)閉合，N1、N2、P1、和P2導(dǎo)通，N3截止，信號(hào)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(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)在50Ω～75Ω系統(tǒng)中，100MHz平坦度為－1dB。

當(dāng)N1為“0”時(shí)，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，N1、N2、P1、和P2截止，N3導(dǎo)通，泄漏信號(hào)通過(guò)N3旁路。在50Ω～75Ω系統(tǒng)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(qū)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?dāng)_指標(biāo)，達(dá)－88dB。

（3）阻抗匹配

MAX4545模擬開(kāi)關(guān)的典型導(dǎo)通電阻為14Ω。因此，在同軸電纜傳輸系統(tǒng)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(tǒng)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(duì)稱(chēng)使用，但是，任何時(shí)候V＋與V的總和（絕對(duì)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(hào)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(shù)（最佳±5V供電）

MAX4545主要參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 MAX4545主要參數(shù)

6 結(jié)語(yǔ)

由于MAX4545的特殊構(gòu)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(duì)大型系統(tǒng)中較多路視頻信號(hào)同時(shí)在入口處等待調(diào)出而引起的各路信號(hào)間的串?dāng)_現(xiàn)象。該電路通過(guò)改進(jìn)可簡(jiǎn)單地改變信號(hào)的傳輸方向，構(gòu)成多路分離器。為保證該設(shè)備工作穩(wěn)定、可靠，設(shè)計(jì)電路時(shí)需要在V＋和V到地端外加保護(hù)二極管。為了確保印制電路板的走線不會(huì)降低開(kāi)關(guān)電路性能，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按照高于1GHz來(lái)考慮，電路板上模擬信號(hào)引線應(yīng)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(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)成雙層板，一層為信號(hào)層，一層為接地層；所有模擬信號(hào)走線均要用兩排地線屏蔽，使得信號(hào)在印制板上傳輸最佳。