O CD4051BM é um multiplexador/demultiplexador analógico CMOS de 8 canais, pertencente à família CD405xB da Texas Instruments. Ele contém uma matriz de oito chaves analógicas bidirecionais controladas digitalmente, permitindo selecionar um entre oito canais analógicos e conectá-lo a um terminal comum. A TI especifica o CD4051B como “20-V, 8:1, 1-channel analog multiplexer”.

A letra M na identificação CD4051BM é importante para o cadastro, pois identifica uma variante específica de encapsulamento/ordenação da família histórica. O CD4051B atualmente é disponibilizado pela TI em vários encapsulamentos de 16 pinos, incluindo SOIC, TSSOP e PDIP.

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1. Características principais

Característica	CD4051BM
Fabricante	Texas Instruments
Tipo	Multiplexador/demultiplexador analógico
Configuração	8:1
Canais analógicos	8
Canal comum	1
Chaveamento	Bidirecional
Tecnologia	CMOS
Controle	Digital
Alimentação	3,3 V / 5 V / 12 V / 16 V / até 20 V
Alimentação dupla	±2,5 V / ±5 V / ±10 V
Ron típico moderno	~125 Ω
Capacitância ON típica	~30 pF
Corrente de fuga ON máxima	~0,3 µA
Largura de banda	até ~20 MHz
Break-before-make	Sim
Tipo de sinal	Analógico ou digital
Número de pinos	16
NCM recomendado	8542.39.99

A documentação atual da TI especifica alimentação simples de 3,3, 5, 12, 16 e 20 V, alimentação dual de ±2,5, ±5 e ±10 V, além de configuração 8:1, operação bidirecional e característica break-before-make.

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2. O que é um CD4051?

O CD4051 é essencialmente uma chave eletrônica analógica controlada digitalmente.

Imagine oito entradas:

X0 ──┐

X1 ──┤

X2 ──┤

X3 ──┤

X4 ──┤────► MUX ────► X

X5 ──┤

X6 ──┤

X7 ──┘

O circuito recebe três bits de seleção:

A

B

C

e seleciona uma das oito entradas.

Por exemplo:

C B A

 

000 → X0

001 → X1

010 → X2

011 → X3

100 → X4

101 → X5

110 → X6

111 → X7

Assim, oito sinais podem compartilhar um único canal comum.

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3. Multiplexador 8:1

A função principal é:

8 entradas → 1 saída

Portanto:

8:1

A arquitetura pode ser visualizada:

┌─────────┐

X0 ─────────►│ │

X1 ─────────►│ │

X2 ─────────►│ │

X3 ─────────►│ CD4051 │────► X

X4 ─────────►│ │

X5 ─────────►│ │

X6 ─────────►│ │

X7 ─────────►│ │

└────┬────┘

│

A/B/C

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4. Mas ele também funciona como demultiplexador

A chave analógica é bidirecional.

Portanto, não existe uma direção obrigatória como em um multiplexador digital convencional.

O mesmo dispositivo pode ser usado como:

Multiplexador

X0/X1/X2/.../X7

│

▼

X

ou como:

Demultiplexador

X

│

▼

X0/X1/X2/.../X7

Essa bidirecionalidade é uma das características fundamentais da família CD405xB.

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5. Não é um multiplexador digital convencional

Essa distinção é muito importante.

O CD4051 pode transportar sinais analógicos.

Por exemplo, suponha:

X0 = 0,5 V

X1 = 1,2 V

X2 = 2,7 V

X3 = 3,4 V

Selecionando X2:

X2 ─────────► X

 

2,7 V ──────► 2,7 V

O circuito funciona como uma chave eletrônica que conecta X2 ao terminal comum.

Por isso ele pode ser usado para multiplexar:

• sensores;
• sinais de áudio;
• tensões analógicas;
• sinais de ADC;
• sinais de instrumentação;
• sinais digitais.

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6. Controle digital

O CD4051 possui três entradas de endereço:

A

B

C

Esses três bits selecionam um dos oito canais.

Existe ainda uma entrada de habilitação:

INH

ou INHIBIT.

Quando o circuito é inibido, as chaves ficam desligadas.

Simplificando:

INH = 0

↓

MUX habilitado

 

 

INH = 1

↓

Todos os canais desligados

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7. Como um microcontrolador pode utilizá-lo

Por exemplo, um microcontrolador poderia utilizar três GPIOs:

MCU GPIO1 ───► A

MCU GPIO2 ───► B

MCU GPIO3 ───► C

Para selecionar os oito canais:

GPIO3 GPIO2 GPIO1

 

0 0 0 → X0

0 0 1 → X1

0 1 0 → X2

0 1 1 → X3

1 0 0 → X4

1 0 1 → X5

1 1 0 → X6

1 1 1 → X7

Isso é particularmente útil quando um microcontrolador possui poucos canais ADC.

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8. Exemplo com ADC

Imagine que você tenha:

8 sensores analógicos

mas apenas:

1 entrada ADC disponível.

Você pode fazer:

Sensor 0 ──► X0

Sensor 1 ──► X1

Sensor 2 ──► X2

Sensor 3 ──► X3

Sensor 4 ──► X4

Sensor 5 ──► X5

Sensor 6 ──► X6

Sensor 7 ──► X7

│

▼

CD4051

│

▼

ADC MCU

O microcontrolador seleciona cada sensor sequencialmente.

Seleciona X0

Lê ADC

 

Seleciona X1

Lê ADC

 

Seleciona X2

Lê ADC

 

...

Isso transforma uma única entrada ADC em até oito canais de medição.

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9. Resistência ON

O CD4051 não é uma chave ideal.

Quando um canal está ligado, existe uma resistência entre os terminais.

Essa resistência é chamada:

R_ON

A TI atualmente especifica aproximadamente:

125 Ω típicos

para determinadas condições de alimentação.

Isso precisa ser considerado em aplicações de precisão.

Por exemplo:

Sensor ──[125 Ω]── ADC

Essa resistência pode produzir erro dependendo da impedância da fonte e da carga.

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10. A resistência ON depende da alimentação

Um ponto importante é que o R_ON não é constante em todas as condições.

Ele varia conforme:

• tensão de alimentação;
• tensão do sinal;
• temperatura;
• processo de fabricação.

Por isso, em uma aplicação de ADC de precisão, não é suficiente simplesmente considerar "125 Ω".

É necessário consultar as curvas do datasheet para a condição de operação específica.

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11. Sinal analógico bipolar

Uma vantagem importante da família CD4051 é a possibilidade de utilização com alimentação bipolar.

A TI especifica operação com:

• ±2,5 V;
• ±5 V;
• ±10 V.

 

Isso permite utilizar o dispositivo com sinais que possuem componentes negativos.

Por exemplo:

+5 V

│

│

┌───┴───┐

│ CD4051│

└───┬───┘

│

-5 V

Isso é bastante interessante para:

• áudio;
• instrumentação;
• sinais AC;
• sensores bipolares.

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12. Alimentação simples

Também é possível trabalhar com alimentação simples.

Por exemplo:

5 V

VDD = +5 V

VSS = GND

VEE = GND

ou outras tensões dentro das condições especificadas.

A versão atual do CD4051B suporta alimentação simples até 20 V.

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13. Conversão de nível lógico

Uma característica interessante da família CD405xB é a capacidade de logic-level conversion.

A TI descreve o dispositivo como um multiplexador/demultiplexador analógico CMOS com conversão de nível lógico.

Isso significa que a lógica de seleção pode operar em condições diferentes da amplitude máxima do sinal analógico.

Essa característica torna o CD4051 bastante versátil em sistemas mistos analógico/digital.

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14. Break-before-make

O CD4051 possui:

Break-before-make

Isso significa que, durante a mudança de canal, a chave anterior é desligada antes que a nova chave seja ligada.

Simplificando:

Canal X0 ligado

 

↓

 

X0 DESLIGA

 

↓

 

pequeno intervalo

 

↓

 

X1 LIGA

Isso evita que dois canais permaneçam conectados simultaneamente durante a comutação.

A TI especifica explicitamente essa característica.

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15. Baixo consumo

Uma das características tradicionais da família CD4000 é o consumo extremamente baixo.

A documentação atual do CD4051B informa aproximadamente:

0,04 µA típico

de corrente de alimentação em determinadas condições, com dissipação quiescente extremamente baixa.

Isso torna o dispositivo adequado para aplicações de baixo consumo.

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16. Fuga extremamente baixa

A corrente de fuga das chaves desligadas é muito pequena.

A TI especifica corrente de fuga de canal de até aproximadamente:

0,3 µA

para as condições indicadas na especificação atual.

Isso é importante em circuitos que trabalham com:

• sensores de alta impedância;
• sinais de baixa corrente;
• circuitos de amostragem;
• medição analógica.

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17. Capacitância

A capacitância associada ao canal é outro parâmetro importante.

A especificação atual apresenta:

C_ON ≈ 30 pF

em condições típicas.

Em sinais de alta frequência, essa capacitância deve ser considerada.

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18. Largura de banda

A TI especifica largura de banda da ordem de:

20 MHz

para a versão atual do CD4051B, sob condições especificadas.

Isso significa que o CD4051 não deve ser considerado apenas um componente para sinais DC.

Ele pode transportar sinais AC relativamente rápidos, embora o desempenho real dependa fortemente de:

• R_ON;
• C_ON;
• impedância da fonte;
• carga;
• alimentação;
• amplitude do sinal.

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19. Aplicações

O CD4051 pode ser encontrado em aplicações como:

• multiplexação de sinais analógicos;
• seleção de sensores;
• sistemas de aquisição de dados;
• seleção de sinais de áudio;
• multiplexação para ADC;
• instrumentação;
• controle industrial;
• sistemas de medição;
• circuitos de amostragem;
• seleção de sinais digitais.

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20. Encapsulamento e identificação "BM"

A família CD4051B existe em diferentes encapsulamentos de 16 pinos.

A TI atualmente lista:

• PDIP-16 — N
• SOIC-16 — D
• SOP-16 — NS
• TSSOP-16 — PW

 

Para o CD4051BM, a identificação histórica M deve ser preservada no cadastro, pois é parte do código específico da peça.

Se a sua peça física for CD4051BM, não recomendo cadastrá-la simplesmente como "CD4051B", porque você perderia a identificação da variante.

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21. Pinagem

A configuração tradicional do CD4051 em DIP-16 é:

Pino	Nome	Função
1	X4	Canal analógico 4
2	X6	Canal analógico 6
3	X	Terminal comum
4	X7	Canal analógico 7
5	X5	Canal analógico 5
6	INH	Inhibit
7	VEE	Alimentação negativa
8	VSS	GND
9	C	Seleção
10	B	Seleção
11	A	Seleção
12	X3	Canal analógico 3
13	X0	Canal analógico 0
14	X1	Canal analógico 1
15	X2	Canal analógico 2
16	VDD	Alimentação positiva

A nomenclatura pode aparecer com pequenas diferenças conforme a edição do datasheet, mas a arquitetura de X0–X7 + X + A/B/C + INH + VDD/VSS/VEE é característica do CD4051.

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22. Resumo funcional

CD4051BM

┌────────────────┐

│ │

X0 ───────────────►│ │

X1 ───────────────►│ │

X2 ───────────────►│ │

X3 ───────────────►│ │

X4 ───────────────►│ 8:1 ANALOG │────► X

X5 ───────────────►│ MULTIPLEXER │

X6 ───────────────►│ │

X7 ───────────────►│ │

│ │

A ────────────────►│ │

B ────────────────►│ ADDRESS │

C ────────────────►│ DECODER │

│ │

INH ──────────────►│ ENABLE │

└────────────────┘

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23. Descrição minuciosa para cadastro

CD4051BM — Texas Instruments

Circuito integrado CMOS multiplexador/demultiplexador analógico de 8 canais, configurado como uma matriz de oito chaves analógicas bidirecionais controladas digitalmente. O dispositivo permite selecionar, através das entradas lógicas de endereço A, B e C, um dos oito canais analógicos X0 a X7 e conectá-lo ao terminal comum X, podendo também ser utilizado na função inversa de demultiplexação devido à característica bidirecional das chaves. Possui entrada INH (Inhibit) para desabilitação das chaves, tecnologia CMOS de baixo consumo, baixa corrente de fuga, baixa resistência de condução, característica break-before-make e capacidade de conduzir sinais analógicos e digitais. A família CD4051B suporta alimentação simples de até 20 V e alimentação bipolar, possibilitando o chaveamento de sinais em diferentes faixas de tensão. É indicado para multiplexação de sensores, aquisição de sinais analógicos, seleção de entradas de ADC, instrumentação, sistemas de medição, áudio e aplicações de controle industrial. O CD4051BM é um circuito integrado de 16 pinos da família CD4051B da Texas Instruments.