高隔離多路視頻信號傳輸控制器——MAX4545

http://www.ex-cimer.com/article/201612/333188.htm

1 引言

當(dāng)今，隨著國民經(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、提高勞動生產(chǎn)率，目前，在許多工礦企業(yè)、銀行、收費(fèi)站等部門均安裝了工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)。顧名思義，“監(jiān)控”即對監(jiān)測、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的流程。操作人員可以在室內(nèi)集中監(jiān)控、接收來自較遠(yuǎn)現(xiàn)場的設(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)場的適時監(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臺攝像機(jī)和N臺監(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的控制芯片，控制傳輸視頻信號芯片的關(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、雙向多路高頻開關(guān)，可廣泛用于音頻、視頻開關(guān)陣列。器件包含4個使能控制的SINGLE－POLE/SINGLE－THROW(SPST)常開開關(guān)，每一開關(guān)由MOSFET組成“T”型結(jié)構(gòu)。它能提供比單個開關(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，使用最佳±5V供電，關(guān)斷漏電流在25℃時小于5μA，在85℃時小于50μA。這種CMOS開關(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輸入閾門電平約為0.8V～2.4V（典型電平為1.5V）。

3 MAX4545芯片引腳排列及說明

MAX4545引腳排列如圖1所示。引腳說明見表1。

表1 MAX4545引腳說明

＊每一管內(nèi)部沒有連接地，使用時要將芯片所有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模擬開關(guān)。有三個電壓管腳：V＋、V和GND。V＋和V用于驅(qū)動內(nèi)部CMOS開關(guān)正常工作。在每一個信號端（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電壓超過V＋或低于V，保護(hù)二極管將導(dǎo)通，正常工作時這些反相偏置的ESD處于截止?fàn)顟B(tài)。芯片內(nèi)部的模擬信號通道與地沒有連接，模擬信號路徑為一個N溝道和一個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，使模擬信號正常通過。

（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的邏輯信號去驅(qū)動A2（A2作為常閉開關(guān)），再由A2驅(qū)動N溝道MOSFET－N1、N2，使N1、N2完全導(dǎo)通或截止。A2同時又驅(qū)動A3，A3驅(qū)動P溝道MOSFET－P1、P2使P1、P2完全導(dǎo)通或截止。A3同時又驅(qū)動N溝道MOSFET－N3，使N3截止或?qū)ā＿壿嬰娖絀N由V＋和地決定（見參數(shù)指標(biāo)），所有GND必須統(tǒng)一接地?！癟”型開關(guān)的配置，很好地衰減了開關(guān)關(guān)斷時，通過源一漏極雜散電容的視頻信號。

等效電路說明：當(dāng)“T”型開關(guān)導(dǎo)通時S1和S2閉合S3斷開，當(dāng)“T”型開關(guān)截止時S1和S2斷開S3閉合。關(guān)斷狀態(tài)時，那些通過串聯(lián)MOSFET寄生電容的耦合信號被S3完全旁路。

（2）開關(guān)閉合與斷開

當(dāng)IN為“1”時，開關(guān)閉合，N1、N2、P1、和P2導(dǎo)通，N3截止，信號由COM(NO)到NO(COM)通過。由于N溝道和P溝道MOSFET起純阻作用，這種典型的對稱結(jié)構(gòu)在50Ω～75Ω系統(tǒng)中，100MHz平坦度為－1dB。

當(dāng)N1為“0”時，開關(guān)斷開，N1、N2、P1、和P2截止，N3導(dǎo)通，泄漏信號通過N3旁路。在50Ω～75Ω系統(tǒng)中，10MHz帶寬關(guān)斷隔離度大于－80dB。此開關(guān)的速度較快，在同一邏輯電平驅(qū)動下開關(guān)關(guān)斷時間（toff=35ns）小于開關(guān)時間（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或關(guān)閉狀態(tài)時的阻抗相匹配。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，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供電時正常工作。雙電源供電時V＋和V無須對稱使用，但是，任何時候V＋與V的總和（絕對值）不能超過13.0V。不能同時將MAX4545的V＋端接到＋3V時，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，可能會超過最大值范圍，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)見表2。

表2 MAX4545主要參數(shù)

6 結(jié)語

由于MAX4545的特殊構(gòu)造，使其更具有良好的開通和關(guān)斷特性，同時克服了一般芯片對大型系統(tǒng)中較多路視頻信號同時在入口處等待調(diào)出而引起的各路信號間的串?dāng)_現(xiàn)象。該電路通過改進(jìn)可簡單地改變信號的傳輸方向，構(gòu)成多路分離器。為保證該設(shè)備工作穩(wěn)定、可靠，設(shè)計電路時需要在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降低開關(guān)電路性能，設(shè)計時應(yīng)按照高于1GHz來考慮，電路板上模擬信號引線應(yīng)盡可能短（不要繞路）；最好不使用IC插座，否則會增加寄生電容和電感；印制板至少應(yīng)當(dāng)設(shè)計成雙層板，一層為信號層，一層為接地層；所有模擬信號走線均要用兩排地線屏蔽，使得信號在印制板上傳輸最佳。