ADG1434YRUZ-REEL7

El ADG1434YRUZ-REEL7 de Analog Devices es un conmutador analógico SPDT cuádruple (4 canales, multiplexor 2:1) fabricado en el proceso iCMOS (CMOS industrial), que ofrece una resistencia de activación muy baja (4 ohmios típicos) con una excelente planitud de resistencia de activación (0,5 ohmios) y adaptación de canales (0,55 ohmios), lo que lo hace ideal para aplicaciones de enrutamiento de señales de precisión en las que la distorsión y la integridad de la señal son fundamentales.

El proceso iCMOS es una tecnología patentada de Analog Devices que combina CMOS de alto voltaje con transistores bipolares, lo que permite que los conmutadores analógicos funcionen con altos voltajes de alimentación (hasta más o menos 16,5 V o 33 V de alimentación única) y, al mismo tiempo, logren una baja resistencia a la conexión y un bajo consumo de energía. Los conmutadores CMOS de alto voltaje tradicionales tienen valores de resistencia a la conexión de 50-200 ohmios; el proceso iCMOS alcanza los 4 ohmios, una mejora de 10-50 veces.

El ADG1434 contiene cuatro interruptores SPDT controlados independientemente. Cada interruptor SPDT tiene un terminal común (D) y dos terminales seleccionables (S1, S2). La entrada de control (INx) selecciona qué terminal se conecta al común: cuando INx es BAJA, S1A se conecta a DA; cuando INx es ALTA, S1B se conecta a DA. Cada conmutador funciona de forma independiente, y los cuatro conmutadores pueden utilizarse para encaminar cuatro señales diferentes simultáneamente.

La resistencia de activación típica de 4 ohmios es una de las más bajas disponibles para un conmutador analógico de más o menos 15 V. Esta baja resistencia a la conexión minimiza la atenuación de la señal y el error de tensión cuando el conmutador está en la ruta de la señal. Por ejemplo, con una carga de 10 kOhmios, un conmutador de 4 ohmios introduce sólo un 0,04 por ciento de error de tensión (4 / 10004), que es insignificante para la mayoría de las aplicaciones.

La planitud de la resistencia de encendido de 0,5 ohmios es igualmente importante. La resistencia de activación varía con la tensión de la señal analógica (porque la tensión de la fuente de puerta del MOSFET cambia a medida que oscila la señal analógica), y esta variación provoca distorsión. Una planitud de 0,5 ohmios significa que la resistencia de activación sólo varía en más o menos 0,25 ohmios en todo el rango de la señal analógica, lo que se traduce en una distorsión muy baja (0,06 por ciento THD+N). Esto es fundamental para aplicaciones de audio y medición de precisión.

La acción de conmutación break-before-make (BBM) garantiza que el canal actualmente conectado se desconecte antes de que se conecte el nuevo canal, lo que evita cortocircuitos momentáneos entre las dos fuentes de señal. Se garantiza que el retardo BBM es de al menos 90 ns, lo que es suficiente para evitar picos de corriente de cortocircuito, pero lo bastante corto para minimizar la duración del glitch de la señal.

Las bajísimas corrientes de fuga (0,02 nA de fuga típica a 25 grados C) garantizan que las señales de los canales desconectados no se transmitan a la salida. A 85 grados C, la fuga máxima es de sólo 3 nA, lo que para una impedancia de fuente de 100 kOhmios produce sólo 300 uV de tensión de diafonía, muy por debajo del ruido de fondo de la mayoría de los sistemas de medición.

La capacidad de alimentación de más o menos 15 V hace que el ADG1434 sea adecuado para equipos de audio profesionales (que suelen utilizar alimentaciones analógicas de más o menos 15 V), instrumentación industrial y sistemas de adquisición de datos que necesitan conmutar señales con una amplitud de hasta más o menos 10 V. El dispositivo también puede funcionar con una única alimentación de más 12 V (con GND = 0 V y VSS = 0 V) o con alimentaciones de más o menos 5 V para sistemas de baja tensión.

El ancho de banda de 200 MHz -3 dB a más o menos 15 V permite al conmutador pasar señales de alta frecuencia sin atenuación significativa. Combinado con la baja resistencia a la conexión, el ADG1434 es idóneo para el enrutamiento de vídeo y la adquisición de datos a alta velocidad.

El ADG1434 es la versión SPDT cuádruple; el ADG1433 es la versión SPDT triple con entrada EN, disponible tanto en TSSOP-16 como en LFCSP-16. El ADG1434 en TSSOP-20 no tiene una patilla EN (todos los canales están siempre activos); la versión LFCSP-20 incluye una patilla EN. Para aplicaciones que requieran la función EN, utilice ADG1434YCPZ-REEL7 en su lugar.

Los -70 dB de aislamiento a 1 MHz y los -70 dB de diafonía entre canales garantizan una excelente integridad de la señal cuando se utilizan varios canales simultáneamente. Estas especificaciones se degradan a frecuencias más altas, pero siguen siendo aceptables para la mayoría de las aplicaciones de audio e instrumentación hasta varios MHz.

El ADG1434YRUZ-REEL7 funciona como un conjunto de cuatro interruptores analógicos SPDT controlados de forma independiente que utilizan MOSFETs de canal N y canal P en modo de mejora en una configuración de interruptor en T, fabricados en el proceso iCMOS.

Elemento de conmutación: Cada posición de conmutación SPDT utiliza un par complementario NMOS/PMOS conectado en paralelo. El transistor NMOS conduce la mitad negativa de la señal analógica, mientras que el transistor PMOS conduce la mitad positiva. Juntos, proporcionan un manejo de la señal de carril a carril desde VSS a VDD. La resistencia de activación de los transistores NMOS y PMOS varía en direcciones opuestas con la tensión de la señal analógica: a medida que la señal aumenta hacia VDD, la RDS(on) del NMOS aumenta, mientras que la RDS(on) del PMOS disminuye. La combinación en paralelo produce una característica de resistencia de activación relativamente plana en el rango de señal, lo que da como resultado la especificación de planicidad de 0,5 Ohm.

Proceso iCMOS: El proceso iCMOS (CMOS industrial) se diferencia del CMOS estándar en que incorpora transistores DMOS (MOS de doble difusión) de alto voltaje que pueden soportar hasta 33 V entre drenaje y fuente. Esto permite al ADG1434 funcionar con suministros de más o menos 15 V manteniendo una baja resistencia de encendido. En un proceso CMOS estándar, la resistencia de activación del MOSFET aumenta drásticamente con la tensión nominal debido al canal más largo y a la mayor región de deriva necesaria. El proceso iCMOS utiliza una estructura DMOS lateral que separa la región de bloqueo de alto voltaje de la región del canal, consiguiendo simultáneamente una capacidad de alto voltaje y una baja resistencia a la conexión.

Control del interruptor: Cada interruptor SPDT tiene una entrada de control (INx). La lógica de control es no inversora: cuando INx está BAJA (por debajo de 0,8 V), el interruptor del lado A está cerrado (S1A conectado a D1) y el interruptor del lado B está abierto; cuando INx está ALTA (por encima de 2,0 V), el interruptor del lado B está cerrado (S1B conectado a D1) y el interruptor del lado A está abierto. Las entradas digitales son compatibles con la lógica de 3 V, lo que significa que pueden ser controladas por la lógica de 3,3 V incluso cuando los suministros analógicos son más o menos 15 V. El cambio de nivel se realiza internamente.

Break-Before-Make: El circuito BBM garantiza un tiempo muerto mínimo (90 ns) entre la apertura de un interruptor y el cierre del otro. Durante este tiempo muerto, el terminal común (D) está flotando (alta impedancia). La acción BBM evita que las dos fuentes de señal (S1A y S1B) se conecten momentáneamente entre sí, lo que provocaría que la corriente fluyera de la fuente de mayor tensión a la de menor tensión, dañando potencialmente la fuente o causando fallos en la señal. El tiempo de BBM se controla mediante un circuito de retardo interno.

Inyección de carga: Cuando un interruptor MOSFET pasa de encendido a apagado, la carga de la puerta que inducía el canal debe ir a alguna parte, y una pequeña cantidad (inyección de carga) se acopla a la ruta de la señal analógica a través de la capacitancia puerta-canal. El ADG1434 tiene una inyección de carga de -10 pC a más o menos 5 V. El signo negativo indica que la tensión de salida es negativa cuando el interruptor se apaga. A más o menos 15 V, la inyección de carga es típicamente de -50 pC. La inyección de carga es relativamente constante en el rango de la señal analógica, lo que significa que puede compensarse parcialmente añadiendo una inyección de carga igual y opuesta desde un interruptor ficticio accionado por la señal de control complementaria.

Corrientes de fuga: Cuando un interruptor está apagado, los transistores NMOS y PMOS están en corte y sólo fluyen las corrientes de fuga de subumbral y de unión. La fuga de desconexión típica de 0,02 nA a 25 grados C se consigue mediante un cuidadoso diseño de la disposición y del proceso para minimizar las áreas de unión y las vías de fuga superficiales. A 125 grados C, la fuga aumenta debido a la dependencia de la temperatura de la corriente de subumbral y la corriente de saturación inversa de la unión, pero se mantiene por debajo de 8 nA.

Ancho de banda y aislamiento: El ancho de banda a -3 dB de 145 MHz a más o menos 5 V viene determinado por la constante de tiempo RC de la resistencia de conexión (4 Ohm) y la capacitancia de estado desactivado del interruptor y la traza de la placa de circuito impreso. El aislamiento fuera de estado (-70 dB a 1 MHz) viene determinado por la capacitancia parásita entre el terminal abierto del interruptor y el terminal común, que crea un divisor de tensión capacitivo con la impedancia de carga. A frecuencias más altas, el aislamiento se degrada porque la reactancia capacitiva disminuye. La diafonía de canal a canal (-70 dB a 1 MHz) viene determinada por la capacitancia parásita entre canales de conmutación adyacentes en la matriz y en el encapsulado.

Disipación de potencia: El ADG1434 consume una corriente de alimentación muy baja (IDD = 18 uA, ISS = 0,5 uA típica) para los circuitos lógicos y de control internos. La disipación de potencia está dominada por la corriente de carga a través de la resistencia de encendido: P = I^2 x RON. A 115 mA por canal, la disipación de potencia por canal es 115^2 x 4 = 53 mW. Con los cuatro canales cargando 115 mA, la disipación total del interruptor es de 212 mW, más la disipación de reposo.