模拟信号路由 · 芯片与矩阵集成

交叉点开关

同样写16×16,可能是双向模拟开关,也可能是带输出放大器的路由矩阵。先确认连接方式、信号幅度和负载,再比较带宽与切换时间。

从真实模拟交叉点芯片看结构、控制时序、串扰和功耗,帮助区分芯片指标与整块矩阵板的表现。

交叉点开关应用场景
音视频信号路由电路的台架应用场景;不对应某一订货型号或测试结果

先看连接拓扑:双向通路与带缓冲输出的矩阵不同

产品作用

交叉点开关用于在多条信号线路之间选择连接。以AD75019为例,16条X线与16条Y线之间有256个模拟开关,X或Y都可作输入或输出,每个开关有独立控制位。AD8113则是带缓冲的16输入、16输出矩阵,每个输出从16个输入中选一路或禁用,输出增益为+2。这两种16×16的控制方式、信号方向和负载能力不能互换。[1][2]

工作原理

无缓冲模拟阵列通过开关导通电阻形成通路,外部信号源与负载共同决定幅度和频率响应。带缓冲矩阵则由输入级、选择电路和输出放大器完成路由,需核输入线性范围、输出摆幅与负载。数字控制负责写入连接状态,控制时钟频率既不是模拟带宽,也不是信号传输速率。[1][2]

三项功能结构:通路、控制与引脚连接

下面解释芯片级功能,不是要求采购三只可互换的分立部件。不同器件可能把输入缓冲、译码、锁存及输出放大器集成在同一封装内;整板的终端、电源、连接器和保护另属系统设计。[1][2]

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部件作用材料与配置
信号开关与输出通路AD75019的交叉点形成双向模拟连接;AD8113为每个输出选择一个输入并经增益+2的缓冲输出。扩展阵列时,输出禁用、总线连接与负载条件需要一起设计。[1][2]AD75019说明采用BiMOS II工艺,结合CMOS开关和双极型保护器件;AD8113原理图含跨导输入级及输出放大级。这些是半导体电路,不由银合金继电器触点或机械连杆构成。[1][2]
移位、译码与状态锁存逻辑接收控制数据并选择连接。AD75019写256位后转入静态锁存;AD8113串行控制为80位,也支持并行改写单个输出。上电初始化与输出禁用应按各自时序处理。[1][2]集成逻辑及存储节点随芯片工艺实现,不能把外部电机控制板当作内部控制逻辑。订货和设计需核引脚、电平、时钟边沿、使能与更新条件。[1][2]
信号、电源与地引脚及封装连接外部信号、模拟/数字电源和控制端。AD8113以地及电源引脚分隔信号引脚帮助控制串扰,PCB仍须按手册处理回流和去耦。[2]AD75019为44引脚PLCC,AD8113为100引脚LQFP;引线、封装材料及表面处理按确切订货号和材料声明核对,不能凭照片认定镀金或任意封装兼容。[1][2]

十二项选型参数,要带上信号与测量条件

以下主要用AD75019 Rev.F及AD8113 Rev.A的模拟路由说明。具体型号表中的典型值、最大值、负载、幅度和电源条件分别保留;不据此定义高速数字、射频或机电矩阵的统一规格。[1][2]

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参数资料与范围选型含义
矩阵规模与有效业务通道两例均为16×16;AD75019有256个独立模拟开关AD8113每输出选一路输入,不是每输出任意多路求和;差分音视频要每路占两条通道,一个芯片对应8×8差分路由。业务通道数须按信号组成计算。[1][2]
带宽、平坦度与信号幅度AD8113在±5V、150Ω负载、200mVpp输出时,−3dB带宽典型60MHz同表2Vpp输出时典型带宽为25MHz,0.1dB平坦度另列10MHz。小信号带宽、大信号响应与业务数据率不同,需先定允许幅度/相位误差及信号形式。[2]
导通损耗、增益及负载AD75019在±12V模拟电源、规定信号条件下RON典型150Ω、最大300Ω该器件在±5V条件下RON另列典型300Ω、最大500Ω。带缓冲AD8113则有+2增益,不能把两者都写成统一插损;整条链还要算源阻抗、终端及输出驱动。[1][2]
关断隔离与多通道串扰AD8113在5MHz、±5V、150Ω条件下,全干扰串扰典型−67dB同表一通道关断隔离为−100dB;两者测试状态不同。20kHz的串扰又另列−83dB,不能脱离频率、激励通道和负载只报一个隔离数字。[2]
切换、建立与整矩阵更新时间AD75019在5MHz控制时钟下加载约52µs;AD8113串行加载16µs加载控制字与路径建立不同。AD75019的PCLK到开关导通/关断传播延迟最大70ns;AD8113另列从UPDATE中点到1%建立的50ns典型值。应按同一测量定义比较。[1][2]
工作温度与热条件所列AD75019JPZ与AD8113商用配置均为0~70°C这不是所有交叉点芯片的范围,也不能把储存或焊接温度当连续工作条件。AD8113还需在环境温度、封装热阻、所有输出负载及电源条件下核芯片耗散。[1][2]
模拟电源、数字电源与输入范围AD75019数字VCC为4.5~5.5V;模拟电源另核总电压及顺序AD8113示例用±5V或±12V模拟电源,数字逻辑仍需5V。该芯片±5V模拟供电时线性输入范围为±1.5V,不等于信号可以达到电源轨。[1][2]
功耗、负载与允许耗散区分各电源取电、输出负载功率和芯片内部发热AD8113的环境温度/最大耗散曲线在50°C为2.5W、70°C为2.0W,是所述静止空气热模型的边界。加载路数、输出电平和负载会改变发热;手册算例另有出入,见下方说明,不能只按空载电流批准。[2]
控制接口与初始化AD75019为SIN/SCLK/PCLK串行控制;AD8113支持串行或并行接口不是凭“SPI”一词就能替换。两者串入边沿、位数与更新控制不同;AD8113的RESET仅禁用输出,不清空全部编程寄存器,首次并行配置需建立所有输出的已知状态。[1][2]
封装与板级连接AD75019:44引脚PLCC;AD8113:100引脚LQFP分别查订货号、封装图、引脚定义和焊盘。通道规模相同不代表引脚兼容,评估板也不等于裸芯片供货;去耦、终端及保护须在实际板上核查。[1][2][3][4]
器件级ESD与整机抗扰HBM器件测试与IEC61000-4-2系统级测试分别确认ANSI/ESDA/JEDEC JS-001-2024公开范围为器件/微电路HBM敏感度测试;TI说明IEC61000-4-2针对终端系统。不能由一个HBM电压值推定外部端口抗扰通过,也不把防护电路视为不会受损的保证。[5][6][1]
湿度、清洁环境与交付包装按所选订货号及实际板级环境索取适用条件采购需说明凝露、污染、外壳保护及装配储存要求;芯片温度表不能代替整板环境验证,封装尺寸也不证明防潮能力。交付时核封装标识、包装和厂家处理文件,不从品类名称推定统一相对湿度额定。[1][2]

16×16先说明线路方向,再说明一条业务信号占几路

AD75019的X和Y可作为输入或输出,任意开关由独立位控制;通路不自带输出放大器。AD8113则是16个输出各自从16个输入中选一路或禁用,带固定+2增益的输出级。因此“无阻塞”描述的是可用路由关系,不能理解为所有输入都可以不加条件地接到同一输出,或任何信号都能无失真通过。连接多个信号源时还必须审查实际通路和驱动冲突。[1][2]

业务路数也取决于信号形式。AD8113说明一组差分音视频信号需要两条交叉点通道,单片的16输入、16输出因此可分为8×8差分业务路由;RGB或分量模拟视频则要三条通道成组控制。不能把芯片引脚通道数直接当作完整视频源数量。[2]

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结构或信号形式实际连接含义设计时先核什么
AD75019双向模拟阵列256位对应256个交叉点开关导通电阻、信号范围、源与负载,以及允许的连接组合 [1]
AD8113缓冲矩阵每个输出选一输入或禁用,输出增益+2输入范围、输出负载、总线禁用与上电状态 [2]
AD8113差分音视频一条差分业务占两条输入和输出通道成对连接与同步更新;不能仍按16×16业务路数计算 [2]

纳秒切换前,还要把控制字完整装入并正确更新

AD75019串行写256位。若用5MHz时钟,纯移位时间为256÷5000000=51.2µs,手册给加载时间约52µs;随后才由PCLK把数据转入控制锁存。其移位寄存器是动态的,时钟有20kHz下限,并要求装完后按手册在5ms内完成PCLK更新;输出控制锁存则在持续供电时保持状态。不能因最终锁存静态,就任意暂停正在加载的数据。[1]

AD8113串行控制每个输出使用四位输入选择及一位使能,共80位;5MHz时加载16µs。其50ns切换条目从UPDATE变化到规定建立误差测量,不包括串行加载全过程。并行模式可以只改一路输出,但上电后RESET只禁用输出,其余寄存器内容并不因此清零;初次配置需明确全部输出状态,随后才进行局部更新。[2]

级联器件还会增加控制字长度。应在询价和验收中分别要求控制写入、统一更新、输出建立及整机可用的时间定义,并检查上电、复位和通信中断后的状态。不能用一种器件的时钟边沿、复位语义或控制字直接替换另一种。[1][2]

60MHz带宽不是所有幅度和负载下都同样成立

AD8113表中,在±5V、150Ω负载、200mVpp输出的小信号条件下,−3dB带宽为60MHz典型值;把输出改为2Vpp时,带宽典型值为25MHz。0.1dB增益平坦度又是在所列小信号条件下到10MHz。选型应先确定信号幅度、允许衰减、相位与负载,不把−3dB上限当整段频带内几乎无衰减的保证。[2]

无缓冲阵列首先要核导通电阻和外部阻抗。AD75019在±12V模拟电源、所列信号条件下RON典型150Ω、最大300Ω;在±5V时变为典型300Ω、最大500Ω。它的20MHz频响条目还有600Ω源阻抗、10kΩ负载及2Vpp信号条件,不能直接当成可驱动低阻视频线的承诺。[1]

串扰与关断隔离要分开测。AD8113在5MHz、±5V、150Ω条件下,全干扰串扰典型−67dB,一通道关断隔离典型−100dB;不能拿其中一个替代另一个。手册还说明电场、磁场及公共阻抗都会带来耦合,芯片外的PCB布线、接地、供电回流和连接同样影响整板结果。验收应记录被测路由、其他通道如何激励、频率和终端条件。[2]

输出短路保护与器件ESD结构,不是整板安全保证

带输出放大器的交叉点要把负载带来的芯片发热一起核算。AD8113手册给静止空气下40°C/W的热阻及环境温度/最大耗散曲线:50°C对应2.5W、70°C对应2.0W。这是特定封装与模型的热边界,实际板还需考虑各电源、驱动路数、波形、负载及散热余量。[2]

该手册另有一个70°C、16路音频负载的算例,合计约2.1W,并称在接近70°C时可用;它与同页70°C约2.0W曲线存在出入。不要据此算例直接批准70°C满载,应要求厂家确认适用热模型,并按实际板温、电源电流及负载验证。短路方面,手册明确即使有输出限流,持续短路仍可能超过允许芯片温度而失效。[2]

器件ESD结构也不能替代整机端口防护。JS-001-2024公开说明是HBM器件级敏感度测试,TI则将IEC61000-4-2说明为系统级抗扰试验。采购应分别索取器件的具体ESD等级与板级外部接口测试依据;不要把一个kV数值换个标准名就视为同样通过。[5][6]

信号丢失、串扰增大、输出失真或异常发热时,先记录控制字和电源状态,检查负载、终端、焊接及回流路径,再按具体型号排查。芯片的模拟通路和缓冲级没有可由用户润滑的机械触点;出现烧焦、变色或持续过流应停电检查,不通过继续驱动、喷洗或调高电源来维持运行。[1][2]

关联的应用系统与部件

以下入口来自产品关系,用于继续查阅;具体机型的装配和兼容性仍需对应型号资料。

应用系统

资料来源与适用范围

核对日期:2026-10-15。型号参数按所引文件的条件阅读;典型值不是逐件保证值。标准仅引用公开范围,不推定未读取的测试条款或整机认证。

  1. Analog Devices:AD75019,16×16 Crosspoint Switch Array,Rev.F(修订记录2026-07)第1~9页结构、条件参数、256位加载、动态移位与静态锁存、电源顺序及44引脚PLCC;参数采用对应表格,不把首页简写与表格不同条件混为一值。
  2. Analog Devices:AD8113,Audio/Video 60MHz 16×16 G=+2 Crosspoint Switch,Rev.A第1~6、14~16、18~21页规格与负载条件、缓冲结构、控制/复位、热曲线与有出入的算例、扩展、差分业务及串扰;型号参数不作为整板测试结果。
  3. Analog Devices:AD75019当前产品与文档目录当前生产状态、所链数据表与订货系列。网页日期与PDF修订记录分开,文件版本以实际读取的Rev.F为准。
  4. Analog Devices:AD8113当前产品与文档目录带缓冲音视频交叉点的产品身份、串行/并行控制及所链Rev.A资料;评估板与裸芯片分别。
  5. EOS/ESD Association:ANSI/ESDA/JEDEC JS-001-2024公开范围HBM器件/微电路敏感度测试、评价和分类的公开范围;未读全文,不将其等同系统级端口抗扰。
  6. Texas Instruments:How to Protect CAN Bus Transceivers from ESD and Transients只用于说明IEC61000-4-2为系统级ESD抗扰以及接触/空气放电的区别;其中CAN收发器和TVS方案不移作交叉点芯片保护设计。

交叉点开关相关厂家

比较厂家官网列出的产品系列,在本页查看资料、准备采购需求。

0 家 · 产品来源可查

采购需求由 CNFX 接收处理。厂家认领标识与产品资料来源分别展示;具体型号、供货及交期以双方确认为准。

常见问题

都是16×16,AD75019与AD8113能直接替换吗?

不能。前者是双向模拟开关阵列,后者是带增益+2输出缓冲的路由矩阵;控制字、供电、引脚、信号范围和负载能力都不同。应先核连接拓扑,再核订货型号与板级设计。(来源1、2)

50ns切换是否表示每50ns就能重配整个矩阵?

不能这样理解。AD8113的该条目针对UPDATE后到规定建立条件;5MHz串行加载80位还需16µs。AD75019的256位加载约52µs,又有自身更新时序,必须分开规定。(来源1、2)

RESET后,AD8113所有路由寄存器是否都清零?

不是。手册明确RESET禁用输出,但不清除全部内部编程内容。首次采用并行模式时需把所有输出编程为已知状态,不能只设置准备使用的一路就认为其他路安全确定。(来源2)

60MHz型号能否保证2Vpp输出也有60MHz带宽?

要看条件。AD8113在±5V、150Ω、200mVpp输出时给60MHz典型小信号带宽,同表2Vpp输出时为25MHz;0.1dB平坦度也有另一指标。不能只按型号标题选。(来源2)

有HBM等级,是否说明整机已通过IEC61000-4-2?

不能。HBM是器件级ESD敏感度试验,IEC61000-4-2是系统级抗扰试验;端口、保护、布线和测试配置都要单独核查。器件自身保护结构也不保证不会受高能ESD损伤。(来源1、5、6)

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