CD4053是三2通道數(shù)字控制模擬開關(guān),有三個(gè)獨(dú)立的數(shù)字控制輸入端A、B、C和INH輸入,具有低導(dǎo)通阻抗和低的截止漏電流。幅值為4.5~20V的數(shù)字信號可控制峰-峰值至20V的數(shù)字信號。例如若VDD=+5,VSS=0,VEE=-13.5V,則0~5V的數(shù)字信號可控制-13.5~4.5V的模擬信號。這些開關(guān)電路在整個(gè)VDD-VSS和VDD-VEE電源范圍內(nèi)具有極低的靜態(tài)功耗,與控制信號的邏輯狀態(tài)無關(guān)。當(dāng)INH輸入端=“1”時(shí),所有通道截止。控制輸入為高電平時(shí),“0”通道被選,反之,“1”通道被選。
CD4053引腳圖:
CD4053引腳功能表:
(1)16引腳: 符號VDD,引腳功能是電源+
(2)8引腳:符號Vss,引腳功能是數(shù)字信號接地端
(3)7 引腳:符號VEE,引腳功能是模擬信號接地端
(4)6 引腳:符號INH,引腳功能是禁止端為零時(shí),CMOS三組二路模擬開關(guān)CD4053BE工作,否則CMOS三組二路模擬開關(guān)CD4053BE被禁止。
(5)4 引腳:符號OUT/IN cx or cy ,引腳功能是公共輸出/輸入端cx 或 cy
(6)15 引腳:符號OUT/IN bx or by ,引腳功能是公共輸出/輸入端 bx 或 by
(7)14 引腳:符號OUT/IN ax or ay ,引腳功能是公共輸出/輸入端ax或ay
(8)9 、10、 11引腳: 符號c 、b、 a ,引腳功能是控制端當(dāng)c b a分別為0 0 0時(shí),“開”通道cx, bx, ax,這三個(gè)通道工作。 當(dāng)c b a分別為0 0 1時(shí),“開”通道cx, bx, ay當(dāng)c b a分別為0 1 0時(shí),“開”通道cx, by, ax當(dāng)c b a分別為0 1 1時(shí),“開”通道cx, by, ay當(dāng)c b a分別為1 0 0時(shí),“開”通道cy, bx, ax當(dāng)c b a分別為1 0 1時(shí),“開”通道cy, bx, ay當(dāng)c b a分別為1 1 0時(shí),“開”通道cy, by, ax當(dāng)c b a分別為1 1 1時(shí),“開”通道cy, by, ay(9)1、 2、 3 、5、 12 、13
CD4053內(nèi)部邏輯圖:
CD4053真值表:
CD4053電氣特性參數(shù)表:
cd4053典型應(yīng)用電路
應(yīng)用電路(一):模擬開關(guān)CD4053與單片機(jī)的連接
所謂模擬開關(guān),實(shí)際上就是MOS管構(gòu)成的傳輸門。模擬開關(guān)的電壓電流關(guān)系具有電阻的性質(zhì),即電流趨于零時(shí)壓降也趨于零。它類似于實(shí)際的開關(guān),信號電流一定是從輸入端流到輸出端,信號是傳過去的,而且模擬開關(guān)的信號傳達(dá)方向可以是雙向的。
如下圖所示,輸入模擬量A1與輸入模擬量A2分別輸入到CD4053的ax,ay,而CD4053的輸出a連接到A/D轉(zhuǎn)換器中,同時(shí)CD4053的A由單片機(jī)的P1.1控制管腳控制,根據(jù)CD4053輸入輸出狀態(tài)的真值表得到,當(dāng)P1.1=A=0時(shí),a=ax;當(dāng)P1.1=A=1時(shí),a=ay。即當(dāng)單片機(jī)P1.1=0時(shí),單片機(jī)得到的是輸入模擬量A1的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù);而當(dāng)單片機(jī)P1.1=1時(shí),單片機(jī)得到的是輸入模擬量A2的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。
同樣,當(dāng)實(shí)現(xiàn)更多通道的開關(guān)時(shí),就需要應(yīng)用模擬開關(guān)CD4053的B、C通道。如輸入模擬量B1與輸入模擬量B2分別輸入到CD4053的bx,by,而CD4053的輸出b連接到A/D轉(zhuǎn)換器中,同時(shí)CD4053的B由單片機(jī)的P1.2控制管腳控制,根據(jù)CD4053輸入輸出狀態(tài)的真值表得到,當(dāng)P1.2=B=0時(shí),b=bx;當(dāng)P1.2=B=1時(shí),b=by。即當(dāng)單片機(jī)P1.2=0時(shí),單片機(jī)得到的是輸入模擬量B1的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù);而當(dāng)單片機(jī)P1.2=1時(shí),單片機(jī)得到的是輸入模擬量B2的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。模擬開關(guān)CD4053C通道的工作原理也是如此。
最后值得一提的是,當(dāng)模擬開關(guān)CD4053需要控制模擬量為負(fù)數(shù)的導(dǎo)通與斷開時(shí),即輸入模擬量為負(fù)數(shù)時(shí),模擬開關(guān)CD4053的管腳7(VEE)必須連接到電源負(fù)電壓(一般為-5V),只有這樣,模擬開關(guān)CD4053的輸出量才能與輸入模擬量一樣同為負(fù)數(shù),否則其輸出量會與輸入模擬量不一致,這也就失去了模擬開關(guān)的作用。
應(yīng)用電路(二):基于模擬開關(guān)CD4053的防抖動(dòng)電路
當(dāng)機(jī)械開關(guān)工作時(shí),其開關(guān)觸點(diǎn)的閉合和張開,都會產(chǎn)生隨機(jī)性的機(jī)械抖動(dòng),給電路產(chǎn)生不希望的振蕩脈沖和干擾,因此防抖動(dòng)電路得到普遍應(yīng)用。如圖下所示,防抖動(dòng)電路由1只CD4053、3只電阻器(R1~R3)和1只電容器C等構(gòu)成。
CD4053中的3個(gè)模擬開關(guān)(G1~G3)都是雙向單刀雙擲模擬開關(guān),用單電源電壓VDD供電。模擬開關(guān)G3的1端作為輸入端接地,0端也作為輸入端接電源VDD,輸出端Q相對于其控制端Q呈倒相門工作狀態(tài)。同樣模擬開關(guān)G2的1端作為輸入端經(jīng)電阻器R2接地,0端也作為輸入端經(jīng)電阻器R3接電源VDD,輸出端Q相對于其控制端Q也呈倒相門工作狀態(tài)。模擬開關(guān)G2、G3的輸出端和控制端相互交連,構(gòu)成了一個(gè)S---R雙穩(wěn)觸發(fā)器,觸發(fā)信號S和R分別設(shè)在模擬開關(guān)G2的1輸入端和0輸入端。模擬開關(guān)G1的公用端作為輸入信號VI的輸入端;0端作為觸發(fā)信號S的輸出端,連到模擬開關(guān)G2的1輸入端;1端作為觸發(fā)信號R的輸出端,連到模擬開關(guān)G2的0輸入端。模擬開關(guān)G2的輸出端Q經(jīng)電阻器R1和電容器C構(gòu)成的積分器連到模擬開關(guān)G1的控制端A。
要選擇電阻器R1~R3的參數(shù)使R1》》R2=R3》》RON,其中RON是模擬開關(guān)G2的導(dǎo)通電阻,約為300Ω;同時(shí)還要選擇電容器C,使時(shí)間常數(shù)RIC足夠大于輸入信號VI邊沿振蕩的時(shí)間。
在加電的瞬間,輸入信號VI=0,由于電容器C上的電壓不能突變,故使模擬開關(guān)G1控制端A的電壓VA=0,因此,模擬開關(guān)G1的0輸出端S導(dǎo)通在輸入端VI=0電位上,1輸出端R經(jīng)電阻器R3接電壓VDD。此時(shí)SR=01,QQ=QQ,即S---R雙穩(wěn)觸發(fā)器處于QQ=01或QQ=10的隨機(jī)狀態(tài)。假如S---R雙穩(wěn)觸發(fā)器處于QQ=01的初始狀態(tài),則模擬開關(guān)G1的狀態(tài)不再變化,模擬開關(guān)G2的狀態(tài)也不再變化,S—R雙穩(wěn)觸發(fā)器也就停留在QQ=01的初始狀態(tài)。假如S---R雙穩(wěn)觸發(fā)器處于QQ=10的初始狀態(tài),則G2開關(guān)的輸出電壓VQ=VDD要經(jīng)過電阻器R1對電容器C開始充電,G1開關(guān)的模擬開關(guān)型防抖動(dòng)電路。
應(yīng)用電路(三):CD4053在DX發(fā)射機(jī)調(diào)制編碼板上的應(yīng)用
在DX中波發(fā)射機(jī)中,調(diào)制編碼板是射頻通路中實(shí)現(xiàn)幅度調(diào)制和功率控制的重要元件,它把A/D轉(zhuǎn)換板傳來的12比特?cái)?shù)字音頻信號轉(zhuǎn)換成224個(gè)開通,關(guān)斷控制信號。此外,提供功放柜內(nèi)模塊電纜連鎖、風(fēng)量溫度檢測、保險(xiǎn)故障檢測的功能。CD4053在此板上應(yīng)用于B+/B一電源允許禁止電路的U44。B+/B一電源提供工作電壓給編碼器輸出驅(qū)動(dòng)器;同時(shí),B+/B一電源的異常會引起編碼器電源故障而導(dǎo)致發(fā)射機(jī)關(guān)機(jī)。
B+/B一電源允許禁止電路在發(fā)射機(jī)待機(jī)時(shí)使得編碼輸出驅(qū)動(dòng)器停止工作,同時(shí)屏蔽了B+/B一電源的故障檢測電路。只有在接收到開機(jī)指令后B+/B一電源才提供工作電壓給編碼輸出驅(qū)動(dòng)器,根據(jù)12比特?cái)?shù)字音頻信號對射頻模塊進(jìn)行開通或關(guān)斷。
發(fā)射機(jī)待機(jī)時(shí)
從控制板傳來的發(fā)射機(jī)開機(jī)允許信號為低電平,這個(gè)低電平信號通過J8—3接口進(jìn)入調(diào)制編碼板,經(jīng)過測試開關(guān)s6的Nc結(jié)點(diǎn)使晶體管Q3截止。Q3集電極的+5VB電源通過電阻R164使晶體管O4基極為高電平,Q4飽和導(dǎo)通,B+穩(wěn)壓器U42輸出電壓為1.55V,則B+穩(wěn)壓電源不工作。同時(shí),Q3基極的+5VB電源通過R139使模擬開關(guān)U44的3個(gè)輸入端為高電平,此時(shí)開關(guān)A的A—AY接通,+5VB電源無法提供到保險(xiǎn)絲檢測電路中。此時(shí),開關(guān)B的B—BY接通,差分放大器U47—1輸出端的調(diào)制B一驅(qū)動(dòng)將接地,U45無輸出。此時(shí)開關(guān)c的c—CY接通,通過開關(guān)C—CY、CR44和CR45給B+電源故障檢測端U37—5和B一電源故障檢測端U37—11送入+5VB,使這兩個(gè)比較器失去作用,B+/B一電源故障檢測電路屏蔽。
發(fā)射機(jī)開機(jī)時(shí)
發(fā)射機(jī)開機(jī)情況下,開機(jī)允許信號TX—ON—ENABLE為高電平,通過J8—35接口進(jìn)入調(diào)制編碼板,s6的NC結(jié)點(diǎn)使Q3導(dǎo)通,Q4的基極為低電平,Q4截止。B+穩(wěn)壓器U42—3輸出+7.2VDC提供給編碼輸出驅(qū)動(dòng)器。B+穩(wěn)壓電源啟動(dòng)。此時(shí)U44的3個(gè)輸入端為低電平,開關(guān)A的A—AX接通,+5VB電源通過A—AY通路提供給保險(xiǎn)絲檢測電路,保險(xiǎn)絲檢測功能啟動(dòng)。此時(shí),開關(guān)B的B—BX接通,U47—1輸出端的調(diào)制B一驅(qū)動(dòng)正常輸出,B一穩(wěn)壓器U45啟動(dòng)工作,在TP11處建立了一2.5VDC一一6.5VDC的B一電壓,形成B一驅(qū)動(dòng)電源。開關(guān)c的C—CX通路接通,使得B+電源故障檢測端U37—5和B一電源故障檢測端U37—11分別為穩(wěn)壓后的B+和B一電源電壓,解除了B+/B一電源故障檢測電路的屏蔽。
應(yīng)用電路(三):模擬開關(guān)型脈沖分解器
用1只CD4053結(jié)合部分立分器件實(shí)現(xiàn)的脈沖分解器電路示于圖2(a)。在圖2(a)中,G1~G3是CD4053中的3個(gè)單刀雙擲雙向模擬開關(guān),0端和1端作為輸人端,共用端作為輸出端,注意G1、G2、G3控制端接點(diǎn)各不相同,它的1、0兩個(gè)電平直接控制輸出與輸人1還是輸人0接通。二極管D和電阻器R并聯(lián)后再和電容器C串聯(lián),并接在輸人脈沖信號A和地之間,形成1個(gè)正脈沖微分電路,將輸人脈沖序列A變換成正尖脈沖序列Aio.Gi開關(guān)的0輸人端接脈沖序列Ai,1輸人端接電壓Udd,輸出端B經(jīng)電容器C2連接在控制端。電阻器R2并聯(lián)在控制端和地之間。G1開關(guān)和電阻器R2、電容器C2構(gòu)成1個(gè)正脈沖觸發(fā)并輸出正脈沖的單穩(wěn)觸發(fā)器。它在脈沖序列A的觸發(fā)下產(chǎn)生1個(gè)具有一定脈沖寬度的脈沖寬度的脈沖序列B。適當(dāng)?shù)剡x擇電阻器RZ和電容器C2的參數(shù),使脈沖序列B的脈沖寬度小于脈沖序列A中寬脈沖的寬度,大于脈沖序列A中窄脈沖的寬度。G2開關(guān)的0輸人端接G開關(guān)的輸出端B,1輸人端接地,控制端接輸人脈沖信號A.G3開關(guān)的0輸人端接輸人脈沖信號A,1輸人端接地,控制端接G1開關(guān)的輸出端B。圖2(b)是圖2(a)電路的工作時(shí)序圖。下面,結(jié)合圖2(b)簡單介紹圖2(a)電路的工作原理。
當(dāng)輸入脈沖信號A為0電位時(shí),G1開關(guān)的0輸入端是地電位,控制端也是地電位,G1開關(guān)的輸出端B導(dǎo)通在0輸入端的地電位。G2開關(guān)的0輸入端和1輸入端都是地電位,故輸出端D導(dǎo)通在0輸入端B的地電位。B端為地電位,也使G3開關(guān)的輸出端E導(dǎo)通在0輸入端輸入信號A的0電位上。
每當(dāng)輸入脈沖信號A出現(xiàn)1個(gè)正脈沖時(shí),經(jīng)過電容器G1和電阻器Ri構(gòu)成的正微分電路在Ai點(diǎn)就會出現(xiàn)1個(gè)正尖脈沖,引起1個(gè)單穩(wěn)延時(shí)過程。G1開關(guān)輸出端B也隨0輸入端Ai信號上跳1個(gè)電位,經(jīng)電容器C2耦合到控制端,繼而使G1開關(guān)輸出端B導(dǎo)通在1輸入端的Udd電位。電壓Udd開始經(jīng)電阻器RZ對電容器C2充電,單穩(wěn)態(tài)電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)延時(shí)過程。隨著Udd不斷對電容器C2的充電,G1開關(guān)控制端的電壓呈指數(shù)方式下降,等到降到轉(zhuǎn)換開關(guān)電壓Ut時(shí),G1開關(guān)的輸出端B又回到導(dǎo)通在0輸入端的0電位。電容器C2經(jīng)過G1開關(guān)的0輸入端,電阻器R1和控制端內(nèi)部保護(hù)電路放電,直到放完。電阻器R1的參數(shù)要盡量選小些,以免過分影響放電。
當(dāng)輸入脈沖A剛進(jìn)入高電位,G1開關(guān)的輸出端B也剛進(jìn)入高電位,這時(shí)G2開關(guān)的輸出端D導(dǎo)通在1輸入端的地電位,輸出電位和初始狀態(tài)一樣。G3開關(guān)輸出端E導(dǎo)通1輸入端的地電位,輸出和初始狀態(tài)一樣。假如當(dāng)前輸入脈沖A的脈沖寬度小于單穩(wěn)延遲時(shí)間,則輸入脈沖A先前于G1開關(guān)輸出端B的脈沖回到0電位,從而使G2開關(guān)輸出端D導(dǎo)通在0輸入端B的高電位,G3開關(guān)的輸出端E仍導(dǎo)通在1輸入端的地電位,直到G1開關(guān)輸出端B回到地電位,G2開關(guān)輸出端D也隨0輸入端B回到地電位,開關(guān)G3的輸出端E又導(dǎo)通在0輸入端A的地電位,輸出電位恢復(fù)到初始電位。假如當(dāng)前輸入脈沖A的脈沖寬度大于單穩(wěn)延遲時(shí)間,則G1開關(guān)輸出端B的脈沖先于當(dāng)前脈沖A回到0電位。此時(shí)開關(guān)G2輸出端D仍導(dǎo)通在1輸入端的地電位,開關(guān)G3輸出端E導(dǎo)通在0輸入端輸入信號A的高電位,直到輸入信號A回到0電位,電路又回到初始狀態(tài),即E端又導(dǎo)通在0輸入端輸入信號A的0電位,D端導(dǎo)通在0輸入端B的0電位狀態(tài)。所以D端和E端輸出脈沖分別相應(yīng)于輸入脈沖序列A中的窄脈沖和寬脈沖。它們的邏輯表