مدونة الشركة حول ADI ADG731 مضاعف تناظري أحادي الكتلة بتقنية CMOS بـ 32 قناة يتم التحكم فيه تسلسليًا

شنتشن Mingjiada للإلكترونيات المحدودة لوازم ADIADG731متجانسة CMOS 32 قناة التحكم التسلسلي معدد الإرسال.

أنا.ADG731نظرة عامة على المنتج
الADG731عبارة عن معدد إرسال تناظري عالي الأداء أحادي الشريحة CMOS ذو 32 قناة للتحكم التسلسلي. إنها تعتمد تصميمًا متكاملاً بشريحة واحدة وتحقق بنية تحويل الإشارة 32:1 مع 32 مدخل إشارة تناظرية أحادية الطرف ومخرج إشارة مشترك واحد. وهو المكون الأساسي لنظام الحصول على الإشارات التناظرية وكشفها والتحكم فيها متعدد القنوات. تتخلى هذه الشريحة عن التصميم المرهق للتحكم التقليدي في العنوان المتوازي لمضاعف الإرسال، وهي مجهزة بواجهة تسلسلية ثلاثية الأسلاك متوافقة مع SPI، مما يبسط بشكل كبير أسلاك الأجهزة واحتلال موارد التحكم الرئيسية. وفي الوقت نفسه، يعتمد على تقنية CMOS الناضجة لتحقيق التوازن بين المعاوقة المنخفضة والتشوه المنخفض للإشارة وسرعة التحويل العالية، مما يجعله مناسبًا تمامًا لسيناريوهات تحويل الإشارات التناظرية الدقيقة من الدرجة الصناعية.
 

الADG731يستخدم حزمة 48-TQFP، وهي صغيرة الحجم، وتتميز بأداء ممتاز في تبديد الحرارة، وتغطي نطاق درجة حرارة صناعي يتراوح من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. وهو يدعم نطاقًا واسعًا من مصادر الطاقة الفردية/المزدوجة ويمكنه التكيف بمرونة مع الأنظمة ذات بنيات إمداد الطاقة المختلفة مثل الأجهزة المحمولة والقياس والتحكم الصناعي والأدوات. إنه الجهاز المفضل لسيناريوهات التبديل المتعدد للإشارات التناظرية متعددة القنوات.

ثانيا. الوظائف الأساسية والميزات المعمارية لـADG731
1. تصميم معمارية القناة
الADG731يتميز بـ 32 قناة تحويل تناظرية يمكن التحكم فيها بشكل مستقل، وتعتمد مدخلاً أحادي النهاية وبنية إخراج مشتركة. يستخدم ترميز عنوان ثنائي 5 بت لتحقيق بوابة دقيقة لجميع القنوات الـ 32، مما يتيح توصيل قناة واحدة فقط في كل مرة، مما يتجنب بشكل فعال تداخل الإشارة بين القنوات. تدعم جميع القنوات التناظرية نقل الإشارات من السكك الحديدية إلى السكك الحديدية، مما يزيد من النطاق الديناميكي لجهود مصدر الطاقة إلى الحد الأقصى ويتكيف مع احتياجات التحويل للإشارات الصغيرة ذات الجهد المنخفض والإشارات التناظرية ذات السعة التقليدية.

2. واجهة التحكم التسلسلية
على عكس معددات الإرسال المتوازية التقليدية، فإنADG731تم تجهيزه بواجهة تسلسلية قياسية متوافقة مع SPI بثلاثة أسلاك، تتكون من دبوس الساعة، ودبوس إدخال البيانات، ودبوس اختيار الشريحة، والتي لا تتطلب كمية كبيرة من موارد GPIO للتحكم الرئيسي. يمكن لوحدة التحكم الرئيسية التحكم بدقة في اتصال القناة المقابلة عن طريق إدخال رمز عنوان القناة 5 بت من خلال التحول التسلسلي. منطق الاتصال التسلسلي بسيط ومتوافق للغاية، ويمكنه الاتصال مباشرة بوحدات التحكم الرئيسية المدمجة السائدة مثل STM32، وFPGA، وDSP، مما يبسط إلى حد كبير أسلاك الأجهزة وصعوبة تطوير البرامج لأنظمة التبديل متعددة القنوات. وفي الوقت نفسه، تدعم الواجهة مستويات منطق TTL/CMOS القياسية، مع عتبات عالية ومنخفضة واضحة وقدرات قوية ضد التداخل.

3. مزايا عملية CMOS المتكاملة المتجانسة
الADG731تم تصنيعه باستخدام عملية CMOS عالية الأداء، حيث يتم دمج جميع المفاتيح التناظرية ومنطق فك التشفير ودوائر التشغيل ودوائر الواجهة التسلسلية. يمكنها تحقيق وظائف تحويل الإشارة بشكل مستقل دون الحاجة إلى أجهزة مساعدة خارجية، مما يؤدي إلى درجة عالية للغاية من التكامل. بالمقارنة مع دوائر التبديل متعددة القنوات المبنية على شرائح متعددة ومفاتيح منفصلة، ​​فإن بنية الشريحة الواحدة تقلل بشكل فعال من حجم النظام واستهلاك الطاقة وتعقيد الأسلاك، مع تجنب مشاكل ضعف الاتساق وانخفاض استقرار الأجهزة المنفصلة، ​​وبالتالي ضمان اتساق وموثوقية تحويل الإشارات متعددة القنوات.

ثالثا. معلمات الأداء الكهربائي الرئيسيةADG731
بفضل المعلمات الكهربائية الممتازة، فإنADG731يحقق تحويل الإشارات التناظرية عالي الدقة ومنخفض الخسارة ومنخفض التداخل. معلمات الأداء الأساسية الخاصة بها هي كما يلي، وتستند جميع المؤشرات إلى شروط الاختبار القياسية الصناعية:

- خصائص مصدر الطاقة: يدعم مجموعة واسعة من مصادر الطاقة المرنة، مع جهد مصدر طاقة واحد يبلغ 1.8 فولت ~ 5.5 فولت ومصدر طاقة مزدوج متماثل يبلغ ± 2.25 فولت ~ ± 2.75 فولت. يمكن أن يكون متوافقًا مع المعدات المحمولة ذات الجهد المنخفض وأنظمة القياس والتحكم الصناعية التقليدية، ولا يزال بإمكانه الحفاظ على الأداء الكامل في وضع مصدر الطاقة منخفض الجهد.
- خصائص مقاومة التشغيل: تبلغ مقاومة التشغيل النموذجية 4 أوم فقط، كما أن استواء مقاومة التشغيل منخفض يصل إلى 0.5 أوم. يعد اتساق المقاومة للقنوات الـ 32 ممتازًا، مما يمكن أن يقلل من انخفاض جهد إرسال الإشارة وتشويه السعة ويضمن اتساق الدقة في الحصول على إشارة متعددة القنوات.
- أداء الإشارة الديناميكية: - عرض نطاق إشارة 3 ديسيبل يصل إلى 18 ميجا هرتز، والذي يمكن أن يلبي احتياجات التحويل للإشارات التناظرية ذات التردد المنخفض إلى التردد المتوسط ​​والعالي؛ وقت تأخير التحويل النموذجي هو 42ns، وسرعة استجابة التبديل سريعة، مما يجعلها مناسبة لسيناريوهات الحصول على إشارة متعددة القنوات عالية السرعة.
- خصائص التداخل المنخفض: حقن الشحن هو 1pC فقط، ونبض التداخل من الدائرة الرقمية إلى الرابط التناظري أثناء عملية التبديل صغير للغاية؛ تيار تسرب الإغلاق النموذجي هو 250pA، وتسرب الإشارة للقناة غير الموصلة منخفض للغاية؛ تصل قدرة منع التداخل بين القنوات إلى -72 ديسيبل، مما يزيل بشكل فعال تداخل الإشارة بين القنوات ويضمن دقة الحصول على الإشارات التناظرية الضعيفة.
- أداء تيار التسرب والعزل: تيار التسرب في حالة التشغيل صغير للغاية، ويتم التحكم في تيار التسرب في نطاق درجة الحرارة الكامل عند مستوى النانو أمبير، مما يقلل بشكل كبير من فقدان إرسال الإشارة ومناسب لسيناريوهات الكشف عن الإشارة الضعيفة عالية الدقة.
- بيئة العمل: نطاق درجة حرارة العمل من الدرجة الصناعية -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية، مع ثبات ممتاز للمعلمات الكهربائية في بيئات درجات الحرارة العالية والمنخفضة، ويمكن أن يتكيف مع ظروف المواقع الصناعية القاسية.

رابعا.ADG731مبدأ العمل ومنطق التحكم
منطق العمل الأساسي لـ ADG731 هو "فك تشفير العنوان التسلسلي + بوابة أحادية القناة"، وسير العمل الإجمالي واضح وفعال. بعد تشغيل النظام، تكمل الشريحة تهيئة الدائرة الداخلية وتكون في وضع الاستعداد، مع إيقاف تشغيل جميع القنوات التناظرية افتراضيًا. ينقل جهاز التحكم الرئيسي بيانات عنوان القناة 5 بت إلى الشريحة شيئًا فشيئًا من خلال واجهة تسلسلية بثلاثة أسلاك. بعد أن يتم إغلاق بيانات العنوان بواسطة سجل التحول التسلسلي داخل الشريحة، يتم إرسالها إلى دائرة فك التشفير لإكمال فك التشفير.

استنادًا إلى إشارة العنوان التي تم تحليلها، تقوم دائرة فك التشفير ببوابة القناة التناظرية المقابلة بدقة، بينما تظل القنوات الـ 31 المتبقية مغلقة، مما يحقق تبديل الإشارة التناظرية 32 إلى 1. يتم إرسال الإشارات التناظرية الخارجية إلى محطة الإخراج المشتركة من خلال قناة موصلة، ويمكن بعد ذلك توصيلها بوحدات المعالجة الخلفية مثل دوائر أخذ العينات ADC ودوائر التضخيم التشغيلية. عندما يكون تبديل القناة مطلوبًا، تقوم وحدة التحكم الرئيسية بإعادة إرسال رمز العنوان الجديد، وتقوم الشريحة تلقائيًا بإيقاف تشغيل القناة الأصلية وتشغيل القناة الجديدة لإكمال تبديل مسار الإشارة. عملية التبديل مستقرة وخالية من الأخطاء. إلى جانب خاصية الحقن منخفض الشحن، فإنه يمكن أن يتجنب بشكل فعال تداخل الإشارة في لحظة التبديل.
وفي الوقت نفسه، تتميز الشريحة بخاصية توقيت التبديل المتمثلة في قطع الاتصال قبل الاتصال، والتي يمكن أن تتجنب بشكل فعال دوائر الإشارة القصيرة وتعارض الارتباط أثناء تبديل القناة، مما يزيد من تحسين استقرار النظام.

V. سيناريوهات التطبيق النموذجي لـADG731
من خلال الاستفادة من مزاياها الأساسية المتمثلة في التكامل متعدد القنوات والتشويه المنخفض والتداخل المنخفض وسهولة التحكمADG731يستخدم على نطاق واسع في مختلف أنظمة الحصول على الإشارات التناظرية والتحكم فيها متعددة القنوات، مع سيناريوهات التطبيق الأساسية التالية:

1. نظام الحصول على البيانات الصناعية متعدد القنوات
في سيناريوهات الحصول على إشارات الاستشعار التناظرية متعددة القنوات مثل درجة الحرارة الصناعية والضغط والرطوبة والجهد والتيارADG731يمكن توسيع إدخال إشارة الاستشعار 32 قناة. تحقق الشريحة الفردية تبديل مشاركة وقت الإشارة متعدد القنوات وتكمل أخذ عينات البيانات متعددة القنوات باستخدام ADC عالي الدقة، مما يبسط بشكل كبير تصميم دائرة لوحات القياس والتحكم الصناعية ويحسن تكامل النظام ودقة الكشف.

2. الأدوات الدقيقة ومعدات الاختبار
يتم استخدامه في أدوات اختبار الدقة مثل راسمات الذبذبات، ومحللات الإشارة، واختبار المعاوقة، وأجهزة القياس المتعددة عالية الدقة لتبديل وبوابة إشارات الاختبار التناظرية المتعددة. يمكن للمقاومة المنخفضة للغاية والحد الأدنى من تشويه الإشارة وقدرات قمع التداخل أن تحافظ على خصائص الإشارة الأصلية إلى أقصى حد، مما يضمن دقة الكشف واتساق القياس للأداة.

3. إدارة البطارية ونظام الكشف عن إمدادات الطاقة
في نظام الكشف عن الجهد والتيار متعدد العقد لحزم بطاريات الطاقة وإمدادات طاقة تخزين الطاقة، يتم جمع معلمات المحاكاة لكل خلية فردية من حزمة البطارية من خلال 32 قناة في مشاركة الوقت لتحقيق مراقبة في الوقت الفعلي لحالة البطارية. يمكن تكييف خصائص الجهد المنخفض والضوضاء المنخفضة مع احتياجات الكشف عن إشارات البطارية الضعيفة وضمان موثوقية مراقبة نظام إدارة البطارية.

4. أجهزة القياس والتحكم المحمولة
من خلال الاستفادة من مزايا إمدادات الطاقة ذات الجهد الكهربي الواسع، والاستهلاك المنخفض للطاقة، والحجم الصغير، فهي مناسبة للمنتجات خفيفة الوزن مثل مسجلات البيانات المحمولة ومعدات الاختبار المحمولة. إنه يحقق وظائف الحصول على إشارة متعددة القنوات ضمن مساحة محدودة للمعدات، مع تقليل استهلاك الطاقة الإجمالي وتحسين عمر البطارية.

سادسا.ADG731تصميم الأجهزة واحتياطات التطبيق
1. تصميم إمدادات الطاقة
يجب أن يكون مزود الطاقة مزودًا بمكثف فصل عالي التردد 0.1 ميكروفاراد ومكثف مرشح عالي السعة 10 ميكروفاراد، وهما قريبان من دبوس طاقة الشريحة والأرض لتصفية التموجات عالية التردد وتقلبات التردد المنخفض في مصدر الطاقة وتجنب ضوضاء مصدر الطاقة الناتج عن إدخال تداخل الإشارة التناظرية. عند تشغيله بواسطة مصادر طاقة مزدوجة، من الضروري التأكد من أن مصادر الطاقة الإيجابية والسلبية متماثلة وأن التأريض موثوق به لمنع تشويه الإشارة الناتج عن الإزاحة المحتملة.

2. أسلاك الإشارة
يجب أن تكون أسلاك قناة الإدخال التناظرية قصيرة ومستقيمة قدر الإمكان، بعيدًا عن الكابلات عالية التداخل مثل الساعات الرقمية وإمدادات الطاقة، ويجب أن تتشارك القنوات التناظرية والرقمية في نقطة أرضية واحدة لتجنب اقتران الضوضاء الرقمية بالوصلة التناظرية. تحافظ مسارات الإدخال البالغ عددها 32 على طول الأسلاك ومعاوقتها بشكل ثابت، مما يضمن نقل إشارة ثابت عبر جميع القنوات.

3. تصميم الواجهة التسلسلية
تعمل مطابقة المعاوقة لكابلات الاتصال التسلسلية SPI على تقليل انعكاس الإشارة والتداخل، مما يضمن نقل بيانات العنوان بدقة. في سيناريوهات التبديل عالية السرعة، يتم تكوين تردد ساعة الاتصال بشكل معقول لتحقيق التوازن بين سرعة التبديل واستقرار الاتصال، وتجنب تشوهات بوابة القناة الناجمة عن أخطاء البيانات.

4. تبديد الحرارة والتكيف مع ظروف التشغيل
تتميز حزمة 48-TQFP بأداء ممتاز في تبديد الحرارة ولا تتطلب هيكلًا إضافيًا لتبديد الحرارة في ظل ظروف التشغيل العادية؛ في سيناريوهات درجات الحرارة العالية والحمل العالي، يمكن زيادة مساحة الكسوة النحاسية بشكل مناسب لتحسين كفاءة تبديد الحرارة والتأكد من أن الشريحة تعمل بثبات ضمن نطاق درجة الحرارة الكامل.

7. ملخصADG731مزايا المنتج
باعتباره معدد الإرسال التناظري التسلسلي الكلاسيكي المكون من 32 قناة من ADI، فإنADG731يتميز بأربع مزايا أساسية: التكامل العالي، وأداء الإشارة الممتاز، والتحكم السهل، والثبات العالي. بالمقارنة مع معددات التحكم المتوازية التقليدية، فإن الواجهة التسلسلية توفر بشكل كبير موارد التحكم الرئيسية ومساحة الأسلاك؛ بالمقارنة مع دوائر مجموعة المفاتيح المنفصلة، ​​تتمتع البنى المتجانسة بتناسق أعلى، واستهلاك أقل للطاقة، وحجم أصغر؛ مقاومة منخفضة للغاية، وحقن الشحن، والتحدث المتبادل، مناسبة تمامًا لسيناريوهات تبديل الإشارات التناظرية الدقيقة.

بفضل عمليتها الناضجة، وأدائها المستقر، وقدرتها على التكيف على نطاق واسع، فإنADG731أصبح الجهاز المفضل الأساسي لتحويل الإشارات التناظرية متعددة القنوات في العديد من المجالات مثل القياس والتحكم الصناعي، والأدوات الدقيقة، واختبار الطاقة، والمعدات المحمولة. إنه يقلل بشكل فعال من صعوبة تصميم النظام ويحسن دقة الكشف والموثوقية التشغيلية للمعدات.