高隔離多路視頻信號傳輸控制器——MAX4545

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1 引言

當今，隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)工程的研究與應用無論在效率的提高、成本的降低、工藝的改進、應用范圍的擴大等方面都得到了迅速的發(fā)展。為促進安全生產(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)控點的圖像，又可以在指定的監(jiān)視器上顯現(xiàn)所需監(jiān)控點的圖像。監(jiān)控系統(tǒng)的關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、接收來自較遠現(xiàn)場的設備狀況和工作環(huán)境信息（如：火力發(fā)電廠的卸煤機、輸煤傳送帶、爐膛火焰、升壓站等環(huán)境較為惡劣的工作現(xiàn)場的適時監(jiān)控）。在以視頻矩陣與控制主機為核心的系統(tǒng)中可以選擇任意一臺攝像機的圖像在任一指定的監(jiān)視器上輸出顯示。如：M臺攝像機和N臺監(jiān)視器構成的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)可達到1024×256或更大。而視頻矩陣的關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鍵指標則是芯片的帶寬、關斷隔離和串擾。下面介紹一種寬帶且有較好關斷隔離和串擾指標的新型視頻模擬開關芯片——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，可廣泛用于音頻、視頻開關陣列。器件包含4個使能控制的SINGLE－POLE/SINGLE－THROW(SPST)常開開關，每一開關由MOSFET組成“T”型結構。它能提供比單個開關更高的關斷隔離。在10MHz有大于80dB的，較好的高頻關斷隔離和串擾指標，能處理軌——軌任一方向的模擬信號，使用最佳±5V供電，關斷漏電流在25℃時小于5μA，在85℃時小于50μA。這種CMOS開關在±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結構為高頻“T”型開關，如圖2所示。等效電路如圖3所示。

MAX4545的結構是典型的CMOS模擬開關。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，保護二極管將導通，正常工作時這些反相偏置的ESD處于截止狀態(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），再由A2驅(qū)動N溝道MOSFET－N1、N2，使N1、N2完全導通或截止。A2同時又驅(qū)動A3，A3驅(qū)動P溝道MOSFET－P1、P2使P1、P2完全導通或截止。A3同時又驅(qū)動N溝道MOSFET－N3，使N3截止或?qū)?。邏輯電平IN由V＋和地決定（見參數(shù)指標），所有GND必須統(tǒng)一接地?！癟”型開關的配置，很好地衰減了開關關斷時，通過源一漏極雜散電容的視頻信號。

等效電路說明：當“T”型開關導通時S1和S2閉合S3斷開，當“T”型開關截止時S1和S2斷開S3閉合。關斷狀態(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）開關閉合與斷開

當IN為“1”時，開關閉合，N1、N2、P1、和P2導通，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，這種典型的對稱結構在50Ω～75Ω系統(tǒng)中，100MHz平坦度為－1dB。

當N1為“0”時，開關斷開，N1、N2、P1、和P2截止，N3導通，泄漏信號通過N3旁路。在50Ω～75Ω系統(tǒng)中，10MHz帶寬關斷隔離度大于－80dB。此開關的速度較快，在同一邏輯電平驅(qū)動下開關關斷時間（toff=35ns）小于開關時間（ton=90ns），MAX4545有較好的軌—軌串擾指標，達－88dB。

（3）阻抗匹配

MAX4545模擬開關的典型導通電阻為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閉狀態(tài)時的阻抗相匹配。關斷狀態(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 結語

由于MAX4545的特殊構造，使其更具有良好的開通和關斷特性，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擾現(xiàn)象。該電路通過改進可簡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(wěn)定、可靠，設計電路時需要在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不會降低開關電路性能，設計時應按照高于1GHz來考慮，電路板上模擬信號引線應盡可能短（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；所有模擬信號走線均要用兩排地線屏蔽，使得信號在印制板上傳輸最佳。