¿Existe una forma estándar de construir una malla de topología de circuito configurable utilizando relés mecánicos o de estado sólido (u otros componentes)?

Preámbulo:

  1. La motivación es construir una computadora híbrida analógica/digital que sea reconfigurable (la topología de los opapms, resistencias, capacitores, sumadores se conectan automáticamente, sin mano humana)
  2. Para eso necesito poder enrutar/conectar señales analógicas (y cargas)
  3. No hay necesidad de conmutación de alta velocidad
  4. Aunque existe la necesidad de bajo ruido, baja diafonía y baja resistencia, impedancia, capacitancia a través de las conexiones.
  5. Aunque no sé mucho sobre ellos, creo que podría ampliar cómo funcionaban los interruptores de barra cruzada en las antiguas centrales telefónicas.
  6. El costo es un factor importante
  7. Se preferiría el estado sólido sobre el mecánico.
  8. Los FPGA digitales no son candidatos para este solitón ya que solo se ocupan de la señal digital
  9. Los FPGA tienen primos digitales ( consulte esta pregunta ), pero parecen tener un recuento de componentes analógicos muy bajo: 2 OpAms, 2 comparadores, y parecen sufrir ruido y algunos de los desafíos que mencioné anteriormente.

Quiero construir una malla de topología de circuito configurable usando relés mecánicos o de estado sólido (u otros componentes).

  1. Lo que imagino es que tengo un conjunto de pines eléctricos: 1 a N; Los pines se pueden dejar abiertos; conectado a un pin de un componente como un condensador, inductor, OpAmp, sumador, multiplicador, etc.
  2. Tengo un (¿bus?) digital que especifica la topología del circuito mediante un conjunto de especificaciones de cortocircuito de pines:

Un conjunto de especificaciones de cortocircuito de pin se parece a:

  • Pines cortos: 1, 11, 13
  • Pines cortos: 22, 12, 43
  • Pines cortos: 44, 66, 89

Tenga en cuenta que los cortocircuitos están destinados a crear nodos de circuito (como en los nodos de las leyes de Kirchoff)

He tratado de ilustrar esto usando el siguiente diagrama.

¿Existe una forma estándar de construir una malla de enrutamiento de este tipo?

ingrese la descripción de la imagen aquí

¿Qué quiere decir con "una forma estándar". No hay una forma estándar porque nadie hace esto, probablemente porque nadie ve el sentido de hacerlo. Además, con todas estas conexiones existe una alta probabilidad de falla y/o daños en los componentes y/o el diseño no funciona. Además, incluso una matriz de 10 x 10 (por lo tanto, 100 interruptores) solo podría hacer circuitos muy simples. El precio de esos interruptores sería más alto que el costo de los componentes que intenta conectar. El único lugar donde dicha estructura es útil es en un FPGA.
Los interruptores y multiplexores analógicos controlados digitalmente hacen casi exactamente lo que desea para corrientes relativamente bajas y son completamente de estado sólido. Los MOSFET consecutivos hacen lo mismo para corrientes altas. Los relés son una buena opción si no se necesita una conmutación rápida.
Es mejor que busque algo como un CPLD o FPGA.
@RogerRowland OP también quiere cambiar las señales analógicas, suponiendo que entendí la pregunta correctamente. Si ese es el caso, los CPLD y los FPGA no son aplicables, ya que son digitales.
¿Estás pensando en carriles DIN para sistemas de protección y distribución de energía?
@jms Entendido, solo concentrándome en el bit "Adder, Multiplier", no tengo del todo claro qué uso tendría, así que simplemente lancé la idea por si acaso.
@FakeMoustache: tendería a estar en desacuerdo: hay equivalentes de FPGA analógicos, pero por las razones citadas anteriormente, no son adecuados para lo que quiero hacer. Los viejos sistemas de telefonía hacían algo así. Estoy tratando de construir una computadora analógica reconfigurable automáticamente: entonces mi propuesta sería que: hay soluciones análogas y también hay necesidades análogas
@BrianDrummond Hola, aclaré la pregunta: intentar construir una computadora analógica configurable
@jms, sí, su interpretación de la pregunta fue correcta; también aclaré la pregunta
¡ah! luego, para la configuración manual, mire los tableros de parches. Por lo general, los programa insertando pines, aunque los pines pueden contener resistencias o capacitancias. También popular entre la multitud de sintetizadores analógicos.
También iba a sugerir "tablero perforado de 100x100 con clavijas de inserción de robot xy", que es un poco ridículo pero en realidad escala bastante bien
@BrianDrummond: esencialmente, estoy tratando de construir una placa de ruta programable/configurable; una alternativa podría ser que un brazo robótico cree el parche :-)
@ pjc50: gracias, estaba pensando en usar un brazo robótico, un tablero de clavijas, eh, déjame buscarlo en Google.

Respuestas (2)

¿Un sistema para hacer conexiones eléctricas mecánicamente entre pares de puntos? Eso suena como... ¡una central telefónica (pre-digital)!

Siempre que no esté utilizando la mayoría de las conexiones la mayor parte del tiempo, puede construirlo a partir de Strowger Switches .

Editar: plan B, el tablero de clavijas de robot: tome una hoja grande de "tablero de clavijas de tablero duro" (gran escala) o veroboard (pequeña escala). Tienda los cables de forma horizontal/vertical en cada lado, dispóngalos de manera que una clavija de metal empujada haga contacto en ambos lados. Habiendo pensado en ello, la confiabilidad de esto podría ser una pesadilla, probablemente tendría que producir insertos con resortes en masa.

Si insiste en todos los puntos a todos los demás puntos potencialmente todos a la vez (¡lo que la red telefónica no puede hacer!), entonces no hay atajo. Necesitará interruptores de 100 x 100, dispuestos en una cuadrícula. Cada uno de esos interruptores analógicos le permitirá manejar una sección de 16x16 de la cuadrícula. Necesitarás 40 de ellos. Tenga en cuenta que cada interruptor tiene una resistencia de 200 ohmios, lo que podría ser un problema para las aplicaciones de señal pequeña. También será interesante diseñar el enrutamiento para que la diafonía no destruya todo: ¿un escudo de tierra para cada señal?

(Básicamente, hay una razón por la que nadie construye enormes computadoras analógicas, y el problema del ruido es una gran parte de ello. Funcionará en frecuencias de audio, vea sintetizadores analógicos modulares, pero a decenas de MHz simplemente se desintegrará)

Hola, ¿los interruptores Storwger todavía están construidos? se pueden construir a partir de relés, tal vez debería abrir una pregunta separada, gracias por la respuesta
Ahora que ha aclarado la pregunta para decir que está de acuerdo con el estado sólido, considere los interruptores de barra cruzada analógicos: analog.com/en/products/switches-multiplexers/… - todavía necesitará algún tipo de diseño jerárquico para escalar hasta 100x100.
gracias por eso, en realidad me encontré con ellos, y sí, eso era parte de la pregunta, ¿cómo los conecto jerárquicamente?
Ver editar - tiene que ser una cuadrícula.
no veo una edición
Desde "si insistes" en adelante.
oh oh, pensé que habías sugerido modificaciones a la pregunta

Como jms y pjc50 mencionaron anteriormente, hay formas de conectar (pares de) FET para que actúen como interruptores analógicos bidireccionales para señales analógicas en un rango razonable de voltajes y frecuencias.

Dichos circuitos se utilizan internamente en interruptores analógicos controlados digitalmente como el ADG1311YRZ , multiplexores analógicos como el ADG731BSUZ , interruptores analógicos de barra transversal como el AD75019 , etc.

Una forma estándar de construir una malla de topología de circuito reconfigurable automáticamente para señales analógicas es con una matriz analógica programable en campo (FPAA) como las de un Cypress PSoC . ("¿ Existen FPGA analógicos? ").

¿Existe una forma estándar de construir una malla de topología de circuito configurable utilizando relés mecánicos o de estado sólido (u otros componentes)?
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