Pinbelegung, Funktionen und Funktionsweise des Multiplexers CD4051B

Der CD4051B ist ein weit verbreiteter analoger Multiplexer- und Demultiplexer-IC, der zur Vereinfachung der Signalweiterleitung in elektronischen Schaltkreisen entwickelt wurde.Es ermöglicht die effiziente Verwaltung mehrerer Eingangssignale durch die Auswahl jeweils eines Kanals mithilfe digitaler Steuerung.In diesem Artikel werden der grundlegende Überblick, die Pin-Konfiguration, der Funktionsbetrieb, die technischen Daten, die Funktionen, das Funktionsprinzip und der Vergleich mit anderen Modellen des CD4051B erläutert.

Katalog

CD4051B Basic

Die CD4051B ist ein 8-Kanal-Analog-Multiplexer- und Demultiplexer-IC, der mithilfe digitaler Steuerung eines von acht Eingangssignalen auf einen einzelnen Ausgang umschalten kann.Es unterstützt sowohl analoge als auch digitale Signale und bietet einen niedrigen EIN-Widerstand und einen sehr geringen AUS-Leckstrom für eine stabile Leistung.Mit drei Adresspins wählt es Kanäle auf einfache binäre Weise aus und ermöglicht so eine präzise Signalführung in kompakten Schaltungsdesigns.

Bei diesem Gerät handelt es sich um eine verbesserte und verbesserte Version des CD4051 mit besserer elektrischer Leistung, größerem Betriebsspannungsbereich und erhöhter Zuverlässigkeit.Er arbeitet typischerweise mit 3 V bis 15 V und unterstützt den bidirektionalen Signalfluss, wodurch er im Vergleich zu früheren Versionen flexibler und effizienter ist.

Wenn Sie am Kauf des CD4051B interessiert sind, kontaktieren Sie uns bitte bezüglich Preis und Verfügbarkeit.

Pinbelegungsdetails von CD4051B

Pin Nein.	Pin Name	Typ	Beschreibung
1	X4	E/A	Kanal 4 Eingabe/Ausgabe
2	X6	E/A	Kanal 6 Eingabe/Ausgabe
3	COM (Z)	E/A	Gewöhnlich Ausgang/Eingang (mit ausgewähltem Kanal verbunden)
4	X7	E/A	Kanal 7 Eingabe/Ausgabe
5	X5	E/A	Kanal 5 Eingabe/Ausgabe
6	INH	Eingabe	Kontrolle unterdrücken (HIGH = alle Kanäle deaktivieren)
7	VEE	Macht	Negatives Angebot Spannung (für analoge Signale)
8	VSS	Macht	Masse (0V)
9	C	Eingabe	Adresse auswählen (LSB)
10	B	Eingabe	Adresse auswählen
11	A	Eingabe	Adresse auswählen (MSB)
12	X3	E/A	Kanal 3 Eingabe/Ausgabe
13	X0	E/A	Kanal 0 Eingabe/Ausgabe
14	X1	E/A	Kanal 1 Eingabe/Ausgabe
15	X2	E/A	Kanal 2 Eingabe/Ausgabe
16	VDD	Macht	Positives Angebot Spannung

CAD-Modelle von CD4051B

Texas Instrument CD4051BE Symbol, Fußabdruck und 3D-Modell.

Symbol von CD4051B

Footprint von CD4051B

3D Modell von CD4051B

Alternativen und gleichwertiges Modell

• MC14051B

• HCF4051

• CD4051BE

• CD4051BM

• 74HC4051

• SN74LV4051A

• ADG408

• CD4052

• CD4053

• CD4067

CD4051B Funktionsblockdiagramm

Das Funktionsblockdiagramm des CD4051B zeigt, wie der IC ein Signal aus acht Kanälen auswählt und es an einen einzigen gemeinsamen Ausgang anschließt.Auf der linken Seite passt der Logikpegel-Umwandlungsblock die Eingangssteuersignale (A, B, C und INH) so an, dass sie mit den internen Betriebsspannungspegeln übereinstimmen.Dies gewährleistet ein stabiles Schalten, auch wenn im System unterschiedliche Spannungsniveaus verwendet werden.

In der Mitte interpretiert der Binär-zu-1-von-8-Decoder die drei Adresseingänge (A, B und C).Aufgrund ihrer Binärkombination aktiviert es jeweils nur einen der acht internen Schalter.Der INH-Pin (Inhibit) kann alle Kanäle deaktivieren und so den Durchgang jeglicher Signale verhindern.

Auf der rechten Seite zeigt das Diagramm mehrere Transmission Gates (TG), die mit den Kanälen 0 bis 7 verbunden sind. Diese Schalter steuern den Signalfluss.Wenn ein Kanal ausgewählt wird, schaltet sich sein Übertragungsgatter ein und verbindet diesen Kanal direkt mit dem gemeinsamen Ausgang (COM), während alle anderen Kanäle ausgeschaltet bleiben.

Spezifikationen von CD4051B

Parameter	Spezifikation
Funktion	8-Kanal-Analog Multiplexer/Demultiplexer
Anzahl Kanäle	8 (X0–X7)
Steuereingänge	A, B, C (Adresse), INH (Aktivieren/Sperren)
Versorgungsspannung (VDD zu VSS)	3 V bis 15 V (typischer Betrieb)
Maximales Angebot Spannung	−0,5 V bis 20 V
Analoges Signal Reichweite	VEE zu VDD
VEE (Negativ Versorgung)	0 V bis −5 V (optional)
Logikebenen	CMOS-kompatibel
ON-Widerstand (RON)	~125 Ω (typisch bei 15 V)
AUS Leckage Aktuell	Sehr niedrig (normalerweise < 0.1 µA)
Kanalleckage	Niedrig
Vermehrung Verzögerung	~100 ns (typisch)
Macht Verbrauch	Sehr niedrig (Ruhestrom)
Bandbreite	~20 MHz (typisch)
Übersprechen	Niedrig
Betrieb Temperatur	−55 °C bis +125 °C
Maximale Kreuzung Temperatur (Keramik)	175°C
Maximale Kreuzung Temperatur (Kunststoff)	150°C
Lagerung Temperatur	−65 °C bis 150 °C
DC-Eingangsspannung	−0,5 V bis VDD + 0,5 V
DC-Eingangsstrom	−10 mA bis 10 mA
ESD-Schutz (HBM)	±2000 V
ESD-Schutz (CDM)	±500 V
Pakettypen	DIP, SOIC, TSSOP, SOP
Pin-Anzahl	16 Stifte

Merkmale von CD4051B

Unterstützung für große Signalreichweite

Der CD4051B unterstützt ein breites Spektrum an digitalen und analogen Signalpegeln und ist somit flexibel für unterschiedliche Spannungsbedingungen.Er kann digitale Signale von 3 V bis 20 V und analoge Signale bis 20 V Spitze-zu-Spitze verarbeiten.Dieser große Bereich ermöglicht den zuverlässigen Betrieb des Geräts über verschiedene Systemanforderungen hinweg, ohne dass zusätzliche Komponenten zur Pegelverschiebung erforderlich sind.

Niedrige ON-Widerstandsleistung

Das Gerät bietet einen niedrigen Einschaltwiderstand, typischerweise etwa 125 Ω bei höheren Versorgungsspannungen.Dies trägt dazu bei, Signalverluste bei der Auswahl eines Kanals zu reduzieren, sodass Signale mit minimaler Verzerrung durchgelassen werden.Dadurch wird eine bessere Signalqualität gewährleistet, insbesondere unter analogen Schaltbedingungen.

Hoher AUS-Widerstand und geringe Leckage

Wenn kein Kanal ausgewählt ist, bietet der CD4051B einen hohen AUS-Widerstand bei sehr niedrigem Leckstrom.Dadurch wird ein unerwünschter Signalfluss zwischen den Kanälen verhindert und eine genaue Signalisolierung gewährleistet.Dies ist besonders nützlich in Systemen, in denen die Signalintegrität wichtig ist.

Konvertierungsfunktion auf Logikebene

Der IC verfügt über eine integrierte Logikpegelumwandlung, die den Betrieb von Steuersignalen über einen weiten Spannungsbereich von 3 V bis 20 V ermöglicht. Dies bedeutet, dass er problemlos mit verschiedenen Logikfamilien verbunden werden kann und gleichzeitig analoge Signale mit höherer Spannung effektiv steuern kann.

Dekodierung binärer Adressen

Der CD4051B verwendet einen internen Binärdecoder, um einen der acht Kanäle auszuwählen.Mit drei Adresseingängen kann das Gerät schnell bestimmen, welcher Kanal mit dem gemeinsamen Ausgang verbunden werden soll.Dies vereinfacht das Schaltungsdesign und reduziert den Bedarf an externen Dekodierungskomponenten.

Geringer Stromverbrauch

Das Gerät hat eine sehr geringe Ruheleistungsverlustleistung, typischerweise etwa 0,2 µW unter Standardbedingungen.Dadurch ist es energieeffizient und eignet sich für Systeme, bei denen der Stromverbrauch minimiert werden muss.

Stabile Leistung über alle Spannungen hinweg

Der CD4051B wird bei gängigen Versorgungsspannungen wie 5 V, 10 V und 15 V getestet und charakterisiert. Dies gewährleistet eine gleichbleibende Leistung unter verschiedenen Betriebsbedingungen und gibt Entwicklern Vertrauen in seine Zuverlässigkeit.

Niedriger Eingangsstrom

Der IC verfügt über einen sehr niedrigen Eingangsstrom, typischerweise etwa 1 µA bei höheren Spannungen und sogar noch niedriger bei Raumtemperatur.Dies trägt dazu bei, die Belastung der Steuersignale zu reduzieren und die Gesamteffizienz zu verbessern.

Break-Before-Make-Switching

Der CD4051B verwendet eine Break-before-make-Schaltmethode, die sicherstellt, dass der aktuelle Kanal getrennt wird, bevor ein neuer angeschlossen wird.Dies verhindert Kanalüberlappungen und vermeidet Kurzschlüsse oder Signalstörungen beim Umschalten.

CD4051B arbeitet im Schaltkreis

Wie der CD4051B mit einem Mikrocontroller verwendet wird, um mehrere Eingangssignale über eine einzige Leitung auszuwählen und zu lesen.Der Mikrocontroller stellt drei Steuersignale (A, B und C) bereit, die als Kanalwähler fungieren.Diese Signale werden an den CD4051B gesendet, der sie zur Auswahl eines der acht Eingangskanäle (Ch0 bis Ch7) verwendet.Der INH-Pin ist auch mit dem Mikrocontroller verbunden, sodass dieser die Schaltfunktion bei Bedarf aktivieren oder deaktivieren kann.

Jeder Kanal ist über Pulldown-Widerstände mit einem Schalteingang (k0 bis k7) verbunden.Diese Widerstände sorgen dafür, dass die Eingänge bei geöffneten Schaltern auf einem stabilen LOW-Pegel bleiben.Bei Betätigung eines Schalters erhält der entsprechende Kanal ein HIGH-Signal von der 3,3-V-Versorgung.Dadurch entsteht ein klares und stabiles Signal, das der CD4051B verarbeiten kann.

Im CD4051B wird der ausgewählte Kanal über einen internen Schalter mit dem COM-Pin (gemeinsam) verbunden.Basierend auf der binären Kombination von A, B und C ist jeweils nur ein Kanal aktiv. Das ausgewählte Signal wird dann an den Eingang des Mikrocontrollers weitergeleitet, sodass dieser mehrere Signale über einen einzigen Eingangspin lesen kann.

Die Stromanschlüsse (VDD, VSS und VEE) definieren den Betriebsbereich des Geräts.In dieser Schaltung arbeitet der CD4051B mit einer 3,3-V-Versorgung und ist somit mit den Logikpegeln des Mikrocontrollers kompatibel.Insgesamt vereinfacht dieser Aufbau die Verkabelung und reduziert die Anzahl der erforderlichen Eingangspins, da mehrere Signale nacheinander gescannt werden können.

Anwendungen von CD4051B

• Signal-Multiplexing

• Datenerfassungssysteme

• Auswahl des Sensorsignals

• Audiosignalumschaltung

• Analoge Signalweiterleitung

• Kanalauswahl in Messsystemen

• Mikrocontroller-Eingangserweiterung

• Prüf- und Messgeräte

• Kommunikationssignalumschaltung

• Auswahl des Spannungssignals

Vergleich: CD4051B vs. CD4051

Parameter	CD4051	CD4051B
Serie	Originalversion	Verbessertes „B“ Serie
Funktion	8-Kanal-Analog Multiplexer/Demultiplexer	Das Gleiche
Elektrisch Leistung	Standard	Verbessert und stabiler
ON-Widerstand (RON)	Höher	Niedriger
AUS Leckage Aktuell	Höher	Niedriger
Spannungsbereich	Breit	Breiter und mehr konsistent
Logikebene Kompatibilität	Grundlegendes CMOS	Verbessert Konvertierung auf logischer Ebene
Lärm Leistung	Standard	Verbessert
Macht Verbrauch	Höher	Niedriger (mehr effizient)
Zuverlässigkeit	Standard	Verbessert Zuverlässigkeit
Wechseln Eigenschaften	Standard	Bessere Übereinstimmung und Stabilität
Verfügbarkeit	Älter, weniger häufig	Weit verbreitet und bevorzugt
Insgesamt Leistung	Gut	Besser (aktualisiert Version)

CD4051B Bestellvarianten

Parameter	CD4051BE	CD4051BM96	CD4051BPWR	CD4051BQPWRQ1
Pakettyp	PDIP-16	SOIC-16	TSSOP-16	TSSOP-16
Montageart	Durchgangsloch	Oberflächenmontage	Oberflächenmontage	Oberflächenmontage
Pin-Anzahl	16	16	16	16
Versorgungsspannung	Bis 20 V	Bis 20 V	Bis 20 V	Bis 20 V
ON-Widerstand (typisch)	~125 Ω	~125 Ω	~125 Ω	~125 Ω
Betrieb Temperatur	−55 °C bis +125 °C	−55 °C bis +125 °C	−55 °C bis +125 °C	−40 °C bis +125 °C
Qualifikation	Standard	Standard	Standard	Automobil (AEC-Q100)
Paketgröße	Groß	Mittel	Klein	Klein
Beste Verwendung	Prototyping	Allgemeine SMD	Kompakte Leiterplatte	Automobil Systeme

Mechanische Abmessungen des CD4051B

Fazit

Der CD4051B ist eine zuverlässige Lösung für die Verwaltung mehrerer Signale über eine einzige Ausgangsleitung.Sein verbessertes Design gegenüber dem Original-CD4051 sorgt für eine bessere elektrische Leistung, geringere Leckage und einen stabileren Betrieb bei unterschiedlichen Spannungsbedingungen.Mit seiner einfachen Steuerungsmethode, der kompakten Struktur und der breiten Kompatibilität trägt es dazu bei, die Schaltungskomplexität zu reduzieren und gleichzeitig die Signalintegrität aufrechtzuerhalten.Wenn Sie seine Funktionen, Spezifikationen und Funktionsprinzip verstehen, können Sie den CD4051B effektiver in modernen elektronischen Systemen einsetzen.

Häufig gestellte Fragen [FAQ]

1. Wie wählt man einen bestimmten Kanal auf dem CD4051B aus?

Sie wählen einen Kanal mit den Pins A, B und C aus.Diese Pins nehmen einen Binäreingang (000 bis 111) an, um einen der acht Kanäle auszuwählen.

2. Kann der CD4051B sowohl analoge als auch digitale Signale weiterleiten?

Ja, es unterstützt sowohl analoge als auch digitale Signale innerhalb seines Spannungsbereichs und ist somit flexibel für verschiedene Arten von Schaltkreisen.

3. Was passiert, wenn der INH-Pin aktiviert wird?

Wenn der INH-Pin auf HIGH gesetzt ist, sind alle Kanäle deaktiviert und es wird kein Signal durch das Gerät geleitet.

4. Beeinflusst der CD4051B die Signalqualität?

Es kann zu einem leichten Widerstand und einem minimalen Signalverlust führen, dieser ist jedoch normalerweise gering und bei den meisten Designs akzeptabel.

5. Kann der CD4051B bidirektionale Signale verarbeiten?

Ja, Signale können in beide Richtungen zwischen dem ausgewählten Kanal und dem gemeinsamen Pin fließen.

6. Welche Rolle spielt der VEE-Pin im CD4051B?

Der VEE-Pin ermöglicht die Verarbeitung negativer Analogsignale und erweitert so den Signalbereich über Masse hinaus.

7. Ist der CD4051B für Niederspannungs-Mikrocontroller geeignet?

Ja, es kann mit niedrigen Spannungen wie 3,3 V betrieben werden und ist daher mit den meisten modernen Mikrocontrollern kompatibel.

8. Wie schnell kann der CD4051B zwischen den Kanälen wechseln?

Die Umschaltung erfolgt in Nanosekunden, typischerweise etwa 100 ns, was für die meisten allgemeinen Anwendungen schnell genug ist.

9. Müssen ungenutzte Kanäle angeschlossen werden?

Unbenutzte Kanäle können unbeschaltet bleiben, aber die Erdung über Widerstände kann zur Rauschreduzierung beitragen.

10. Wie schützt man den CD4051B vor Beschädigungen?

Halten Sie die Eingangsspannungen innerhalb der Grenzen, vermeiden Sie Überschreitungen der Nennströme und verwenden Sie bei der Handhabung einen geeigneten ESD-Schutz.