Многие мировые производители ИС предлагают свои решения для построения систем коммутации видеосигналов. Это и элементарные ключи, и «активные» переключатели с интегрированными усилителями и даже «crosspoint»-переключатели, которые позволяют подключать любой из входов микросхемы к любому из выходов. Кроме того, предлагаются различные способы управления ключами, как простейшая логика, так и управление по интерфейсам SPI, I²C. К сожалению, расширение функциональности переключателя далеко не всегда приводит к улучшению его технических характеристик, а даже совсем наоборот. К тому же, очевидно, что более высокая интеграция и сложность этих устройств ведет и к увеличению цены, как самих микросхем, так и конечных устройств на их основе. В сложившейся ситуации предложения Texas Instruments могут быть весьма интересны разработчикам, так как сочетают в себе отличные технические характеристики и крайне невысокую стоимость.

Линейка аналоговых видеопереключателей Texas Instruments (TI) представлена всего четырьмя решениями. Это счетверенные SPDT-переключатели, которые к тому же имеют pin-to-pin-совместимость (за исключением значений напряжения питания). Несмотря на такой не слишком широкий выбор, предложения TI в этой области вполне заслуживают внимания.

Наиболее сбалансированным переключателем, безусловно, является TS3V330, который обеспечивает коммутацию сигналов в широкой полосе частот (до 300 МГц), имеет высокую скорость переключения (2,5 нс) и обладает лучшей в линейке изоляцией перекрестных помех. Если разработчику требуется более широкополосный переключатель, то в этом случае следует обратить внимание на TS3V340 с полосой пропускания до 500 МГц. К сожалению, имея самую широкую полосу в линейке, этот переключатель отличается и самым большим потреблением тока в статичном режиме - 1500 мкА против 10 мкА у TS3V330. Главной отличительной особенностью переключателей TS5V330 и TS5V330C является питающее напряжение. В отличие от TS3V330 и TS3V340 с трехвольтовым питанием и управляющей логикой, TS5V330 и TS5V330C - это переключатели для работы от источника 5 В и значением высокого логического уровня управляющих сигналов, лежащим в пределах от 2 до 5,5 В.

Постараемся облегчить разработчику непростой выбор наиболее подходящего переключателя. Одними из наиболее важных параметров видеоключей являются:

• собственное сопротивления ключа R_on;
• нестабильность сопротивления R_on(flat);
• полоса пропускания;
• изоляция перекрестных помех (crosstalk);
• изоляция вход-выход (off isolation);
• время переключения;
• максимальная амплитуда входного/выходного сигнала.

Подробнее остановимся на некоторых параметрах, которые, возможно требуют дополнительного пояснения.

Нестабильность сопротивления R_on(flat) обусловлена тем, что собственное сопротивление ключа меняется (в известных пределах) в зависимости от уровня коммутируемого сигнала, лежащего в пределах напряжения питания (rail-to-rail). Пример типовой зависимости R_on от уровня проходящего через ключ сигнала показан на рисунке 1. Из рисунка становится понятно, почему в документации этот параметр называется «плоскостность» (flatness). Типовое собственное сопротивление аналоговых видеопереключателей от Texas Instruments составляет 3 Ом.

 

 

Рис. 1. Зависимость Ron от коммутируемого напряжения

Изоляция перекрестных помех (crosstalk isolation) или иначе «изоляция между каналами» - это характеристика, которая показывает, насколько сигнал, проходящий через замкнутый ключ на один из выходов переключателя, проникает на выход другого канала, в котором ключ разомкнут.

Изоляция между каналами ухудшается с увеличением частоты проходящего через ключ сигнала. Поэтому, следует внимательно относиться к характеристике межканальной изоляции переключателя при его выборе. На рисунке 2 представлена зависимость уровня изоляции перекрестных помех от частоты коммутируемого сигнала переключателя TS3V340, а на рисунке 3 его АЧХ и ФЧХ.

 

 

Рис. 2. Перекрестная изоляция и фаза

 

 

Рис. 3. Передаточная и фазовая характеристики 

Помимо межканальной изоляции важна и характеристика изоляции выхода от входа при разомкнутом ключе. Поскольку любой полупроводниковый ключ не является идеальным (механическим) ключом, то он имеет свою характеристику ослабления входного сигнала на «отключенном» выходе. Эта характеристика, как и характеристика перекрестной изоляции, ухудшается с увеличением частоты коммутируемого сигнала (рисунок 4).

 

 

Рис. 4. Изоляция разомкнутого ключа

Максимальная амплитуда сигналов, пропускаемая видео переключателями Texas Instruments, ограничена напряжением питания. На случай, если входной сигнал превысит допустимое значение, все «порты» переключателей защищены ограничительными диодами.

Довольно часто в видеосистемах приходится изменять конфигурацию распределения сигналов и многократно коммутировать различные устройства. Поэтому еще одной особенностью является то, что все представленные ключи сохраняют высокоимпедансное состояние между входами и выходами при выключении питания. Это исключительно важное свойство, которое обеспечивает защиту от попадания на входы устройств в видеосистемах нежелательных сигналов, которые могут повредить оборудование (например, статическое электричество).

Texas Instruments предлагает достаточно сбалансированные решения для применения в видеосистемах. Баланс заключается в оптимальных, часто - взаимозависящих, технических характеристиках ключей. Например, при достаточно низком сопротивлении во включенном состоянии также обеспечивается очень высокая скорость переключения.

Кстати, высокая скорость переключения, а также задержки сигналов управления могут теоретически приводить к ситуациям, когда одновременно замкнуты несколько ключей в многоканальной схеме. Как и многие производители, Texas Instruments внутрисхемно обеспечивает невозможность одновременного включения двух и более каналов, вводя гарантированную задержку.

Следует отметить то, что все четыре переключателя являются pin-to-pin-заменой друг другу (за исключением того что TS3V и TS5V имеют разные напряжения питания) и выпускаются в широком ряде 16-ти выводных корпусов от SOIC до QFN. Это означает, что можно предельно просто изменять характеристики конечного изделия. Например, при необходимости расширить полосу пропускания системы на базе TS3V330 можно просто поставить на то же посадочное место TS3V340, или, при изменении напряжения питания, произвести замену TS5V330 на TS3V330. На рисунке 5 представлена функциональная диаграмма переключателей и нумерация выводов микросхем.

 

 

Рис. 5. Функциональная диаграмма

Логика работы переключателей предельно проста (таблица 1). Фактически это четырехбитные мультиплексоры/демультиплексоры из одного в два или из двух в один. Если на входе ~EN - низкий логический уровень, то порт D подключен к порту S. Если на входе ~EN - высокий логический уровень, то между портами D и S - состояние высокого импеданса. Вход IN обеспечивает выбор пути прохождения сигнала.

Таблица 1. Логика переключения ключей 

Входы		Вход/Выход	Функция
EN	IN	D
L	L	S1	D порт = S1 порт
L	H	S2	D порт = S2 порт
H	X	Z	Разомкнут

Наиболее важные характеристики описанных ключей представлены в таблице 2. За более подробной информацией следует обратиться к официальной технической документации.

Таблица 2. Характеристики переключателей 

Наименование	Конфигурация	Uпит. min, В	Uпит. max, В	Ron (max), Ом	Полоса, МГц	Изоляция между каналами на частоте 10 МГц, дБ	Изоляция вход-выход на частоте 10 МГц, дБ	Потребляемый ток, мкА	tвкл/tвыкл, нс	Управляющие напряжения (VLO/VHI), В
TS3V330	4xSPDT	3	3,6	10	300	-80	-50	10	2,5/1,1	0-0,8/2-Vcc
TS3V340	4xSPDT	3	3,6	6	500	-63	-56	1500	4/2	0-0,8/2-5,5
TS5V330	4xSPDT	4	5,5	10	300	-63	-60	3	2,5/1,1	0-0,8/2-5,5
TS5V330C	4xSPDT	4	5,5	10	250	-47	-55	3	1,5...6	0-0,8/2-5,5

Коротко представим несколько возможных применений представленных в статье переключателей. Простейший вариант использования - переключение между несколькими источниками видеосигнала (например, камерами наблюдения) и вывод выбранного изображения на монитор. Наличие четырех ключей в одном корпусе позволяет переключать и RGB-сигналы (рисунок 6).

 

 

Рис. 6. Селектор источников видеосигнала

Еще одно возможное использование переключателя - в качестве «распределителя» видеосигнала - представлено на рисунке 7.

 

 

Рис. 7. Распределитель сигналов

 

Заключение

Представленные в статье видеопереключатели имеют широкую полосу пропускания, отличную межканальную изоляцию, низкое собственное сопротивление и что немаловажно - удобство и простоту управления. Решения Texas Instruments в области переключения аналоговых видеосигналов являются, по сути, базой для построения более сложных переключателей или целых систем распределения видеосигналов.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка - e-mail: analog.vesti@compel.ru