Texas Instruments TMUX48xx系列開關(guān)：超越電源的高性能選擇

在電子設(shè)計(jì)的廣闊領(lǐng)域中，開關(guān)的性能常常對整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性、精度和效率產(chǎn)生關(guān)鍵影響。今天，我們將深入探討德州儀器（Texas Instruments）推出的TMUX48xx系列開關(guān)產(chǎn)品，包括TMUX4821和TMUX4819，看看它們是如何憑借卓越的特性在眾多應(yīng)用中脫穎而出的。

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一、產(chǎn)品概述

TMUX48xx是一款采用互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）技術(shù)的多路復(fù)用器，有兩種配置可供選擇。TMUX4821為1:1、單刀單擲（SPST）2通道，而TMUX4819則是2:1、單刀雙擲（SPDT）1通道。該系列設(shè)備采用單電源（1.8V至5.5V）供電，卻能讓雙向模擬和數(shù)字信號在-15V至15V的超電源范圍平穩(wěn)通過，這種超越電源的信號處理能力為設(shè)計(jì)帶來了極大的靈活性。

二、核心特性剖析

2.1 寬電源范圍與高電流支持

• 電源范圍：支持1.8V至5.5V的電源電壓，能夠與多種不同供電的系統(tǒng)兼容。
• 高電流能力：最大可支持1.1A的電流，可應(yīng)對較大功率的應(yīng)用場景，確保信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

2.2 超低導(dǎo)通電阻與平坦度

• 超低導(dǎo)通電阻：典型值僅為0.16Ω，有效降低了信號傳輸過程中的功率損耗，提高了能源利用效率。
• 低導(dǎo)通電阻平坦度：典型值為0.1mΩ，在不同的工作條件下，導(dǎo)通電阻變化極小，保證了信號的一致性和穩(wěn)定性。

2.3 低總諧波失真加噪聲（THD+N）

僅為0.001%（-100dB），能夠在處理音頻和高精度模擬信號時，將失真和噪聲控制在極低水平，確保信號的高保真度。

2.4 寬工作溫度范圍

-40°C至+125°C的工作溫度范圍，使TMUX48xx能夠在各種惡劣的環(huán)境條件下穩(wěn)定工作，適用于工業(yè)、汽車等對溫度要求苛刻的領(lǐng)域。

2.5 斷電保護(hù)功能

具備高達(dá)±15V的雙向斷電保護(hù)能力，即使在電源電壓為0V時，也能將開關(guān)隔離，防止信號通過內(nèi)部靜電放電（ESD）二極管反向供電到電源軌，避免對系統(tǒng)其他部分造成潛在損壞。

2.6 邏輯兼容性與集成功能

• 邏輯兼容性：在5V VDD下與1.8V邏輯兼容，在1.8V VDD下與1.2V邏輯兼容，可直接與低邏輯電平的處理器接口，無需額外的電平轉(zhuǎn)換電路。
• 集成下拉電阻：邏輯引腳集成了約6MΩ的弱下拉電阻，避免引腳懸空，減少了外部元件的使用，降低了系統(tǒng)成本和尺寸。
• 故障安全邏輯：控制輸入引腳（SEL）支持故障安全邏輯，可承受高達(dá)5.5V的電壓，即使在電源引腳無供電時，也能保護(hù)設(shè)備免受潛在損壞，減少了電源排序的復(fù)雜性。

2.7 先斷后通開關(guān)特性

在開關(guān)切換時，先斷開當(dāng)前連接，再建立新連接，有效避免了信號短路和干擾，提高了系統(tǒng)的可靠性。

三、引腳配置與功能詳解

四、電氣特性與性能參數(shù)

4.1 導(dǎo)通電阻

在不同的電源電壓和溫度條件下，導(dǎo)通電阻表現(xiàn)出色。例如，在(V_{DD}=2.5V)至(5.5V)、(25°C)時，典型導(dǎo)通電阻為0.16Ω，最大為0.20Ω；在(-40°C)至(+125°C)的寬溫度范圍內(nèi)，最大導(dǎo)通電阻也僅為0.3Ω。

4.2 漏電流

無論是開關(guān)導(dǎo)通還是斷開，以及電源關(guān)閉的情況下，漏電流都被控制在極低水平。如在開關(guān)斷開、(25°C)時，源極關(guān)斷漏電流典型值僅為0.001μA。

4.3 切換特性

• 過渡時間：在不同電源電壓和溫度條件下，過渡時間較短，確保了快速的信號切換。例如，在(V_{DD}=2.5V)至(5.5V)、(25°C)時，典型過渡時間為80μs。
• 先斷后通時間延遲：保證了開關(guān)切換的安全性和可靠性，在(25°C)、(V_{DD}=2.5V)至(5.5V)時，典型值為40μs。
• 開啟和關(guān)閉時間：開啟時間和關(guān)閉時間都能滿足快速響應(yīng)的需求，如在(25°C)時，開啟時間典型值為155μs，關(guān)閉時間典型值為14μs。

五、典型應(yīng)用案例

5.1 音頻放大器切換

在音頻系統(tǒng)中，常常需要在多個音頻源之間進(jìn)行切換，以滿足用戶不同的收聽需求。TMUX48xx可以輕松實(shí)現(xiàn)這一功能，它能夠處理高達(dá)±15V的電壓，即使音頻輸入信號存在負(fù)偏置或音頻放大器輸出電壓高于常規(guī)的3V和5V供電，也能穩(wěn)定工作。同時，其出色的THD+N性能確保了音頻信號的高質(zhì)量傳輸，不會對音質(zhì)產(chǎn)生明顯影響。此外，通過GPIO直接驅(qū)動電源，可將設(shè)備置于超低功耗模式，提高系統(tǒng)的能源效率。

5.2 智能藥物輸送流量計(jì)

在智能藥物輸送應(yīng)用中，需要精確測量藥物劑量，通常采用差分飛行時間（TOF）技術(shù)結(jié)合換能器實(shí)現(xiàn)。在高衰減的液體流量傳感器系統(tǒng)中，為了提高信噪比，需要使用更高的激勵電壓。TMUX48xx憑借其超越電源的信號處理能力，能夠輕松應(yīng)對高達(dá)-15V至15V的激勵電壓，同時超低的導(dǎo)通電阻和優(yōu)異的THD+N性能，確保了信號的高質(zhì)量傳輸，為精確測量提供了有力保障。

六、設(shè)計(jì)建議

6.1 電源供應(yīng)

• 為了提高噪聲容限，防止開關(guān)噪聲從電源軌傳播到其他組件，建議在VDD和地之間連接一個0.1μF至10μF的去耦電容。
• 優(yōu)先選擇多層陶瓷芯片電容器（MLCC），因其具有低等效串聯(lián)電阻（ESR）和電感（ESL）特性，可有效提高電源去耦效果。
• 在非常敏感的系統(tǒng)或噪聲環(huán)境惡劣的系統(tǒng)中，應(yīng)盡量避免使用過孔連接電容器和設(shè)備引腳，以獲得更好的抗噪性能。

6.2 布局設(shè)計(jì)

• 高速信號布線應(yīng)盡量減少過孔和拐角的使用，以減少信號反射和阻抗變化。如果必須使用過孔，應(yīng)增加其周圍的間隙尺寸，以減小電容。
• 輸入線應(yīng)盡量短，以降低信號干擾。
• 使用實(shí)心接地平面，有助于減少電磁干擾（EMI）噪聲的拾取。
• 避免敏感的模擬走線與數(shù)字走線并行，盡量避免數(shù)字和模擬走線交叉，必要時采用垂直交叉方式。
• 并行使用多個過孔可降低總電感，有利于連接到接地平面和電源平面。

七、總結(jié)

TMUX48xx系列開關(guān)以其超越電源的信號處理能力、超低的導(dǎo)通電阻、出色的THD+N性能以及豐富的保護(hù)和兼容功能，為電子工程師在設(shè)計(jì)各種復(fù)雜系統(tǒng)時提供了一個強(qiáng)大而可靠的選擇。無論是音頻領(lǐng)域的信號切換，還是工業(yè)領(lǐng)域的高精度測量，TMUX48xx都能憑借其卓越的性能滿足需求。在實(shí)際應(yīng)用中，合理遵循電源供應(yīng)和布局設(shè)計(jì)的建議，將有助于充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢，打造出更加穩(wěn)定、高效的電子系統(tǒng)。各位工程師朋友們，在今后的設(shè)計(jì)中不妨考慮一下這款優(yōu)秀的開關(guān)產(chǎn)品，相信它會給你帶來意想不到的驚喜。