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[参考译文] 针对工业输出的4路模拟输入的模拟开关建议？

admin
Guru**** 1807890 points
Other Parts Discussed in Thread: MUX36D04, MUX36S08, ADS1248, INA826, INA159, MUX509, ADS8664, TVS3300
请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/switches-multiplexers-group/switches-multiplexers/f/switches-multiplexers-forum/586205/analog-switch-recommendation-for-4-analog-input-for-industrial-outputs

主题中讨论的其他器件：MUX36D04、 MUX36S08、 ADS1248、 INA826、 INA159、 MUX509、 ADS8664、 TVS3300

您好！

我需要将用于 工业输出的4个模拟输入模块多路复用为单路模数转换器

要求：

 用于工业输出的模拟输入模块：+/- 10V 或4-20 m"a.

由于它与室外传感器相连、因此具有线路保护元件。 是否有外部保护元件？

3.输入之间的隔离？

4.模拟线路和数字控制线之间的隔离？

感谢您的建议。

谢谢

坏疽性口炎

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    TI__Guru**** 1807890 points
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    您好！

    添加了应用原理图。

    否

    e2e.ti.com/.../analogue-input.pdf

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    TI__Guru**** 1807890 points
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    你好、Noma、

    您是否正在为模拟输入模块寻找4：1多路复用器？

    我们提供了多种器件、例如高电压、低泄漏、8：1单端多路复用器 MUX36S08、它可能比您所需的多一些器件、但可能仍然有益。 我们还有 MUX36D04、这是一款具有差分输入的4：1多路复用器。

    这些器件是否对您的应用有帮助？ 我在帖子中没有看到器件型号、但查看您的原理图、您正在使用 ADS1248、这是一款带有内部多路复用器的24位 ADC。 您是否在寻找有关 ADS1248的建议？
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    TI__Guru**** 1807890 points
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    Dakotah Hi、

    我需要测量4个差分模拟输入。 我知道 ADS1248具有内部多路复用器、但我需要添加一个预采样级、其中包括 INA826 (高阻抗缓冲器)和 INA159 (设置适当的电压)

    因此、我更喜欢使用单通道并对输入进行多路复用、而不是使用4个预采样通道。 (ADS1248可通过任何方式一次对一个通道进行采样)

    因此、为了了解我是否可以使用 MUX、我需要了解以下内容：

    1.它是否包括保护元件，或者我需要在外部添加？ 是否有任何建议？

    2.由于我的器件由电池供电、如果我断开电源轨+/- 15V、会发生什么情况？ 如果仍然连接模拟输入、是否会损坏多路复用器？

    谢谢

    否
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    TI__Guru**** 1807890 points
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    与问题2相关。

    如果 EN 信号为低电平(即所有开关均处于关断状态)、总电流将是多少？
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    TI__Guru**** 1807890 points
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    Noam、

    感谢您澄清设计意图、我想确保您正在寻找额外的外部多路复用器。

    如果您希望对4个差分模拟输入进行多路复用、MUX36D04似乎是一款很好的器件。 该器件用于工业 PLC 设置、甚至在某些 TI 设计中使用。 TI 参考设计 TIPD151 使用 MUX36D04将4个差分输入多路复用到单个 ADC、并包含完整的参考指南、测试结果和一些相关原理图。 此外、TI 参考设计 TIDA-01333 使用 MUX36S08、后者是 MUX36D04的单端版本、但提供了一个参考指南、其中深入介绍了该设计的保护电路示例。

    应添加保护元件以满足您的设计需求、但上述 TI 参考设计链接中提供了示例。

    在电源与您断开的情况下、我们的一些器件具有断电保护功能、当 VCC=0V 时、该保护功能会将流入器件的电流设置为关断状态。 遗憾的是、MUX36器件不具有此功能、但有时可以通过调整电源时序或其他隔离器件来解决此问题。 我已附加一个指向另一个 E2E 主题的链接、该主题讨论了 MUX36器件的这一问题。

    e2e.ti.com/.../584462

    与问题2相关。 如果 EN 被接至低电平(即所有开关关闭)、器件的总电流消耗应该是通道的 ICC 电流和输入关断泄漏电流的总和。

    第一个图显示了 Vdd=15V 和 VSS =-15V 情况下的电源电流。

    而第二个图显示了 Vdd=15V 和 VSS =-15V 情况下的关断泄漏电流。

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    TI__Guru**** 1807890 points
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    第一个表显示了 Ven = 3.3V 时电源的功耗。 当 Ven = 0时、它是否会改变？

    否

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    TI__Guru**** 1807890 points
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    Noam、

    此器件的功耗不应基于 Ven = 0或 Ven = 3.3V 而变化。

    此外、我还向您推荐了 MUX36D04器件、因为您提到过由电池供电。 除了我已经提到的 MUX36XXX 系列、我们还有 MUX50X 系列。 MUX509的性能与 MUX36XXX 系列非常相似、最大的微分器是泄漏电流。

    我们还有许多其他可能使用的开关、例如 CD40XX 系列器件、这些开关性能不高、但可能适合您的需求。

    请告诉我、您是否希望获得更多建议。

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    TI__Guru**** 1807890 points
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    Dakotah

    问题是、我的系统大部分时间都处于睡眠时间、我需要将其总功耗保持在90 uW 以下。

    因此、一种选择是在系统处于睡眠模式时关闭所有电源轨。 那么、我需要知道、如果 MUX 没有电源但连接了模拟输入、它是否会损坏？

    第二个选项是以最低功耗的方式配置芯片。 检查模拟器件芯片 ADG1208_1209的示例。 如果其数字输入全部设置为0、则其功耗小于1uA。

    否
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    TI__Guru**** 1807890 points
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    Noam、

    感谢您让我更详细地了解您的系统、这两个选项确实有助于了解您的设计限制。

    遗憾的是、只有 MPC50X、CD405X、MUX50X 和 MUX36XXX 系列器件能够支持+-10V 的电压。 这些器件无法支持您的系统所需的关断保护功能、或者功耗过高。 这是一个很好的反馈、将有助于开发未来的器件。

    不过、您最初提到了将4个输入复用到单个 ADC。 如果尚未选择该 ADC、我们可能会有一个潜在的"一体式"解决方案。 像 ADS8664这样的器件可能适用于您的应用。 它是一个具有内部多路复用器的12位 ADC。 它显示了电源电压为5V 时的3uA 断电电源电流。

    是否有可能使用这样的系统级解决方案？ 它可能不是那种特定的 ADC、但如果您不需要外部多路复用器、我们可能能够帮助您找到适合您设计的解决方案。
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    TI__Guru**** 1807890 points
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    Dakotah

    我已经在使用 ASD1248、我在之前的设计中有一些库存。

    需要注意的是、我需要为模拟通道(+/- 10V 或4-20 m A)提供非常高的阻抗输入、因此我有一个包括 INA826和 INA159的预采样通道。 所附为原理图。

    因此、即使我可以使用外部芯片保护模拟多路复用器、也没关系、但我必须保持低泄漏电流(高阻抗)。

    否

    e2e.ti.com/.../analogue-input-ii.pdf

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    TI__Guru**** 1807890 points
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    很抱歉、Noam、我看着您的原理图、但我最初误解了您。 我想、除了您当前的 ADC 之外、您还想添加另一个 ADC。

    我们正在努力提出一个潜在的解决方案、但希望先在实验中对其进行测试。

    我有三个问题可以帮助我们提出解决方案：

    1) 1) 1)电流回 VDD 轨是否会导致潜在问题？ 我们可以使用外部二极管来缓解该问题。
    2) 2)您的传感器提供+-10V 电压的源是否与多路复用器不同？
    3) 3)您的多路复用器之前是否有低通滤波器、以帮助改善嘈杂的环境？
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    TI__Guru**** 1807890 points
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    1.是的，随附的是更新的原理图。 我在+/- 15V 上添加了二极管、在模拟输入上添加了一个串联电阻。 我正在考虑在差分对上添加 TVS、但它的泄漏电流为1uA、因此我不确定。

    2.它可以由外部电源供电。

    3.不 我在 ADS1248输入上有一个滤波器。

    否

    e2e.ti.com/.../Analogue-Input-iii.pdf

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    TI__Guru**** 1807890 points
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    感谢您提供的信息！ 我们将努力提出一些问题并告知您！  

    我之前曾研究过一些 TVS 二极管、我们有一些 TI 解决方案、例如 TVS3300、泄漏电流典型值为19nA。 但处于33V 的关断电压。 但它们可能在您所需的电压下具有其他解决方案。 此外、该 TVS 二极管系列的规格可能较低。 我尚未针对您的情况进行评估、但在查看 TVS 二极管时节省了这一成本、我认为它具有更低的漏电规格。  

    让我获得一些实验结果、我可以给您回机会！

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    TI__Guru**** 1807890 points
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    谢谢、

    正在等待您输入。

    否

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    TI__Guru**** 1807890 points
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    Noam、您好！

    我想随时向您更新我们的测试状态。 我们一直在等待一些组件、但正在开始取得一些结果。

    我们的电流计划旨在帮助您断开多路复用器的电源引脚、但使用分立式元件继续在您的输入引脚上显示信号。 我们的解决方案将多路复用器与由电池供电的+15V 电源断开、以降低功耗。 但是、输入端的信号可能会重新打开器件、但会由您的传感器源供电。

    您提到了+-10V 信号由另一个电源提供、但我想确认不限于90uW 功率限制？
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    TI__Guru**** 1807890 points
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    Dakotah Hi、

    再次感谢您的努力。

    我不知道传感器的功率限制是什么。

    应用程序正在测量管道状态。 它使用"阴极保护"、因此实际上、我们的客户要求在未连接时没有电流流流过电路板。

    实际上、他要求在电路板输入端使用机械继电器、以便在未进行测量时将模拟线与电路板完全断开。

    不过、通过在输入端使用泄漏功率极低的芯片、我们可以获得相同的结果。 但我不确定它是否会起作用。

    现在、我将使用继电器、除非您有其他想法

    否

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    TI__Guru**** 1807890 points
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    Noam、您好！

    由于在未连接时无需电流流过电路板、我认为我们提出的方案无法满足这一需求。

    输入端的机械继电器是隔离下游的一种方法、如您所述。

    我同意您至少在目前使用继电器的计划。 具有您的要求的多路复用器不支持断电功能、因此、提出一个也没有从传感器流出电流的分立式解决方案是非常具有挑战性的。 如果我们可以提出一些问题、我们会告诉您。
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    TI__Guru**** 1807890 points
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    Dakotah Hi、

    如果所选通道悬空、即未连接任何通道、则多路复用器的输出端将是什么？

    否

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    TI__Guru**** 1807890 points
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    如果多路复用器的模拟输入信号引脚悬空、则通道将处于不确定状态。 如果需要、您始终可以连接上拉或下拉电阻器。 但是、最好的解决方案可能是使用使能引脚简单地禁用器件。

    不过、请确保您永远不要悬空控制信号。 这些 CMOS 引脚如果保持悬空、可能会导致过多的电流消耗。
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    TI__Guru**** 1807890 points
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    但我如何识别这种状态呢？

    假设传感器因某种原因断开连接、我如何知道？

    您是说多路复用器输出将处于未知状态、还是会被拉至多路复用器电源之一(+15V 或-15V)？

    否
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    TI__Guru**** 1807890 points
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    如果出于某种原因断开了多路复用器的传感器输入、则信号输入将不再存在。

    如果您的系统没有检测方法、那么您的多路复用器将不会知道差异、并且仍然会从输入到输出引脚传导低阻抗路径。 如果您的输入引脚随后悬空、您的输出将与输入引脚上存在的电压相同。 它不会被拉至其中一个电压轨。

    您可以在输出引脚上连接一个高电阻的上拉或下拉电阻器(例如、10Mohm 以最大程度地降低泄漏电流)。 这样、如果您的传感器断开连接、您的信号将被拉至已知状态(+15V 或-15V)、并且 ADC/软件可以在系统中识别此问题。
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    TI__Guru**** 1807890 points
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    Dakotah Hi、

    根据您的建议、所附电路为一个电路。 您是否认为上拉电阻器在正常运行期间会对电压测量产生某种影响？

    注意- INA826的"-"输入连接到 GND 以测量+/- 10V。

    否

    e2e.ti.com/.../Analogue-In.pdf

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    TI__Guru**** 1807890 points
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    Noam、

    上拉电阻器是否会产生一定的影响？ 是的。 但这是否会影响您的电路、这取决于要尝试实现的精度。

    与您的+10V 输入相比、上拉电阻器的影响非常小。 通过分析电路或应用来自两个电压源的叠加、您的1K S1A + 125 Ω 多路复用器 R + 249 Ω 组合串联电阻器上的压降将为0.0007伏。 15V 电源的大部分(4.999V)会在10M 上拉电阻上下降。  

    一种方法是考虑两个电源的阻抗。 15V 电源的阻抗非常高(10M)、是一个弱电压源。 10V 输入信号具有低阻抗(~1375欧姆串联组合)、是将主导电路的非常强的电压源。 或者、您只需在各种电压上应用叠加即可自行验证。

    希望这对您有所帮助！

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    TI__Guru**** 1807890 points
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    Dakotah Hi、

    遗憾的是、我不是模拟专家、因此我需要您的帮助来了解输入元件对差分模拟输入阻抗的影响：  

    直接连接到 INA826时、输入阻抗非常高(~10-20 G 欧姆)。

    2.添加模拟多路复用器是否会影响输入阻抗？ 以什么方式？

    3.添加上拉电阻器是否会影响输入阻抗？ 以什么方式？

    谢谢

    否

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    TI__Guru**** 1807890 points
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    Noam、

    模拟多路复用器的 Ron 值为125ohm、整个温度范围内的最大值为250ohm。 多路复用器与1K 和其他249欧姆电阻器串联、然后进入 INA。 传感器检测到的输入阻抗为10G+1K+250+249 =~10G。 从传感器侧可以看到的影响很小。

    上拉电阻器将影响输入阻抗、从提供+-10V 电压的传感器可以看出这一点。 虽然 INA 仍具有10G 输入阻抗、但传感器现在将看到10M 输入阻抗(加上所有串联电阻、如上次一样)、该阻抗为~10M。 然而、与1K+250+249串联电阻器相比、10M 仍然非常高、因此我们可以通过~10M 来忽略它们。 但是、如果我们不忽略电阻器、则可以将其建模为传感器馈入1.5K 电阻器、然后10M 上拉至+15V、同时也进入 INA 的输入端。 10G 的 INA 输入阻抗如此之高、实质上看起来像是开路。 该节点上的电压变化极小、只需10M 上拉电阻、因为它远远大于1.5K。 10M 上的压降等于该值的99.98%、100%为理想值。 如果0.02%的误差太大、则可以尝试增大上拉值以减小误差。