高性能模擬開關 TMUX9612：特性、應用與設計要點

在電子設計領域，高性能模擬開關是實現(xiàn)信號切換和處理的關鍵組件。今天，我們將深入探討 Texas Instruments（TI）推出的 TMUX9612 模擬開關，剖析其特性、應用場景以及設計過程中的注意事項。

文件下載：tmux9612.pdf

一、TMUX9612 特性概述

TMUX9612 是一款具備抗閉鎖功能的現(xiàn)代高壓模擬開關，擁有四個獨立可控的 1:1 單刀單擲（SPST）開關通道。它在電壓適應性、電氣性能和保護特性等方面表現(xiàn)出色。

1. 寬電壓范圍支持

• 供電方式多樣：支持雙電源（±10V 至 ±110V）、單電源（10V 至 140V）以及非對稱雙電源（+90V / –130V 至 140V / -80V）操作，能適應各種復雜的電源環(huán)境。
• 參數(shù)一致性：在整個電源電壓范圍內(nèi)提供一致的模擬參數(shù)性能，確保了在不同電壓條件下的穩(wěn)定工作。

2. 優(yōu)異電氣性能

• 高電流處理能力：可承受高達 200mA 的連續(xù)電流，滿足高功率應用需求。
• 低泄漏與注入：在 25°C 時，輸入泄漏電流低至 80pA，電荷注入低至 -20pC，有效減少了信號干擾和失真。
• 低隔離與串擾：關斷隔離和串擾性能小于 -100dB，保證了各通道之間的信號獨立性。
• 低導通電阻：導通電阻低至 14Ω，且平坦度僅為 0.435Ω，有助于減少信號衰減和失真。
• 低關斷電容：關斷電容為 5pF，降低了對信號的影響。

3. 強大保護特性

• 抗閉鎖設計：采用絕緣氧化物層和基于絕緣體上硅（SOI）的工藝，防止寄生結(jié)形成，確保在任何情況下都能免疫閉鎖現(xiàn)象，適用于惡劣環(huán)境。
• 故障安全邏輯：允許在電源引腳之前施加邏輯控制引腳電壓，保護器件免受潛在損壞，且邏輯輸入可承受高達 48V 的正故障電壓。
• ESD 保護：所有引腳支持高達 ±2kV 的人體模型（HBM）靜電放電保護，提高了器件在制造過程中的可靠性。

4. 邏輯兼容性與集成性

• 1.8V 邏輯兼容：邏輯控制輸入與 1.8V 邏輯兼容，可直接與低邏輯 I/O 軌的處理器接口，無需外部轉(zhuǎn)換器，節(jié)省空間和成本。
• 集成下拉電阻：邏輯引腳集成了約 4MΩ 的弱下拉電阻，確保引腳不會浮空，減少了外部組件數(shù)量。

二、應用場景

TMUX9612 的高性能特性使其在多個領域得到廣泛應用。

1. 測試設備

• 半導體測試：用于切換測試信號，實現(xiàn)對半導體器件的精確測試。
• LCD 測試：可在 LCD 測試過程中靈活切換不同的測試信號，提高測試效率。
• 電池測試：能夠處理高電壓信號，滿足電池測試中的電壓切換需求。

2. 數(shù)據(jù)采集與測量

• 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAQ）：在 DAQ 系統(tǒng)中，實現(xiàn)模擬和數(shù)字信號的切換，確保數(shù)據(jù)的準確采集。
• 數(shù)字萬用表（DMM）：用于切換不同量程的測量信號，提高測量精度。

3. 工業(yè)自動化

• 可編程邏輯控制器（PLC）：在 PLC 中實現(xiàn)信號的切換和控制，增強系統(tǒng)的靈活性和可靠性。
• 模擬輸入模塊：為模擬輸入模塊提供可靠的信號切換功能。

三、典型應用案例分析

以高精度測量單元（PMU）中的電流范圍切換應用為例，詳細介紹 TMUX9612 的應用。

1. 設計要求

2. 詳細設計過程

在這個應用中，TMUX9612 與高壓放大器和 DAC 配合使用。DAC 生成任意電壓信號，經(jīng)放大器放大后，通過限流電阻到達被測設備（DUT）。為了實現(xiàn)不同電流范圍的切換，在多路復用器的每個通道上串聯(lián)不同的限流電阻。

• 低電流范圍：第一個通道使用 10kΩ 電阻，將 PMU 的最大輸出電流限制在 5mA，在測試開始階段使用該范圍對 DUT 進行初步檢查，避免因短路等問題造成設備損壞。
• 高電流范圍：將剩余三個通道并聯(lián)，增加設備的最大電流承受能力，同時降低導通電阻。這種靈活的設計可以根據(jù)系統(tǒng)需求進行調(diào)整，例如減少并聯(lián)通道數(shù)量或增加額外的電流范圍選項。

3. 應用優(yōu)勢

• 平坦的導通電阻：確保在信號電壓范圍內(nèi)電流鉗位恒定，提高了測量的準確性。
• 低泄漏電流：減少了在最低電流范圍測量時的潛在噪聲和偏移。
• 良好的串擾和關斷隔離性能：在多通道切換應用中，避免了未選中通道對選中通道測量結(jié)果的影響。

四、設計注意事項

1. 電源供應

• 去耦電容：在 (V{DD}) 和 (V{SS}) 引腳與地之間連接 1μF 至 10μF 的去耦電容，以提高電源噪聲免疫力。在靠近電源引腳處添加一個 0.1μF 的電容，可提供最佳的電源去耦效果。
• VOUT 引腳：VOUT 是內(nèi)部生成的電壓輸出軌，在引腳 10 或散熱墊上連接 0.01μF 至 0.1μF 的去耦電容，且電容應盡量靠近散熱墊。

2. PCB 布局

• 去耦電容連接：在 (V{DD}) 和 (V{SS}) 與地之間連接至少一個 0.1μF 至 10μF 的去耦電容，推薦使用 0.1μF 和 1μF 的電容，并將低容值電容靠近引腳放置。確保電容的電壓額定值滿足電源電壓要求。
• VOUT 去耦：在 VOUT 與地之間連接 0.01μF 至 0.1μF 的去耦電容，選擇能在 100V 下保持至少 0.01μF 電容值的電容。
• 布線優(yōu)化：輸入線應盡量短，使用實心接地平面來散熱和減少電磁干擾（EMI）。避免敏感模擬走線與數(shù)字走線平行，盡量減少交叉，必要時采用垂直交叉方式。

五、總結(jié)

TMUX9612 作為一款高性能的高壓模擬開關，憑借其寬電壓范圍支持、優(yōu)異的電氣性能、強大的保護特性以及靈活的邏輯兼容性，在多個領域展現(xiàn)出卓越的應用價值。在設計過程中，合理的電源供應和 PCB 布局是確保其性能穩(wěn)定的關鍵。電子工程師們可以根據(jù)具體應用需求，充分發(fā)揮 TMUX9612 的優(yōu)勢，實現(xiàn)高效、可靠的電路設計。你在使用類似模擬開關時遇到過哪些問題？又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗。