剖析 TMUX582F-SEP：工業(yè)級(jí)模擬多路復(fù)用器的卓越之選
剖析 TMUX582F-SEP：工業(yè)級(jí)模擬多路復(fù)用器的卓越之選
在電子工程領(lǐng)域，模擬多路復(fù)用器扮演著至關(guān)重要的角色，尤其是在復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境中，對(duì)設(shè)備的性能、穩(wěn)定性和保護(hù)功能有著極高的要求。今天，我們就來深入剖析一款備受關(guān)注的模擬多路復(fù)用器——TMUX582F - SEP。
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一、產(chǎn)品概述
TMUX582F - SEP 是德州儀器（TI）推出的一款 8:1 配置的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）模擬多路復(fù)用器。它專為應(yīng)對(duì)惡劣工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)，具備單電源供電能力，供電范圍為 +8V 至 +22V，同時(shí)集成了多種強(qiáng)大的保護(hù)功能，為系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)保障。
二、關(guān)鍵特性
（一）超平坦導(dǎo)通電阻
該器件采用特殊的開關(guān)架構(gòu)，在大部分開關(guān)輸入操作區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)了超平坦的導(dǎo)通電阻（RON）。這種特性使得 RON 不受采樣信號(hào)的影響，非常適合用于精密傳感器應(yīng)用。而且，該架構(gòu)無需電荷泵，避免了因電荷泵產(chǎn)生的噪聲對(duì)采樣精度的影響。
（二）全面保護(hù)功能
- 掉電保護(hù)：當(dāng)電源（VDD / VSS）移除或浮空時(shí)，源極（Sx）引腳處于高阻抗（Hi - Z）狀態(tài)，源極和漏極引腳的泄漏電流符合電氣規(guī)格要求。這一特性不僅簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，避免了電源時(shí)序控制的復(fù)雜性，還能防止輸入源引腳的錯(cuò)誤電壓影響系統(tǒng)其他部分，在系統(tǒng)上電時(shí)保持隔離。
- 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(hù)器件免受潛在損壞。無論邏輯信號(hào)狀態(tài)如何，開關(guān)都處于關(guān)閉狀態(tài)。邏輯輸入在掉電狀態(tài)下能承受高達(dá) +22V 的正向故障，但對(duì)負(fù)向過壓無保護(hù)。此外，在正常運(yùn)行時(shí)，邏輯控制引腳可連接高于 VDD 的電壓，增加了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性。
- 過壓保護(hù)與檢測(cè)：通過比較源極引腳（Sx）電壓與故障電源（VFP 和 VFN），檢測(cè)過壓輸入。當(dāng)檢測(cè)到過壓時(shí)，開關(guān)自動(dòng)關(guān)閉，源極引腳變?yōu)楦咦杩梗瑑H允許小泄漏電流通過，過壓不會(huì)出現(xiàn)在漏極。若過壓通道被選中，漏極引腳（D）會(huì)被拉至超過的電源電壓。
- 故障時(shí)相鄰?fù)ǖ啦僮?/strong>：當(dāng)某個(gè)通道出現(xiàn)故障時(shí)，其他無故障通道可正常工作。例如，若 S1 電壓超過 VFP，邏輯引腳設(shè)置為 S1 時(shí)，漏極輸出被拉至 VFP；若邏輯引腳切換到無過壓的 S4，S4 開關(guān)將啟用并連接到漏極，正常工作。
- ESD 保護(hù)：所有引腳支持高達(dá) ±3.5kV 的 HBM ESD 保護(hù)等級(jí)，防止器件在制造過程中受到 ESD 損壞。漏極引腳有內(nèi)部 ESD 保護(hù)二極管連接到故障電源，源極引腳有特殊 ESD 保護(hù)，允許信號(hào)電壓達(dá)到 +60V，但超過該值可能損壞 ESD 保護(hù)電路。
- 抗閂鎖能力：采用基于絕緣體上硅（SOI）的工藝，在每個(gè) CMOS 開關(guān)的 PMOS 和 NMOS 晶體管之間添加氧化物層，防止寄生結(jié)構(gòu)形成，避免因過壓或電流注入觸發(fā)閂鎖事件，適用于惡劣環(huán)境。
- EMC 保護(hù)：雖本身不提供獨(dú)立的電磁兼容性（EMC）保護(hù)，但需配合瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）和低阻值串聯(lián)限流電阻，防止源輸入電壓超過 +60V 額定值。選擇 TVS 保護(hù)器件時(shí)，要確保其最大工作電壓大于輸入源引腳的正常工作范圍和可能的系統(tǒng)共模過壓。
（三）過壓故障標(biāo)志
持續(xù)監(jiān)測(cè)源輸入引腳電壓，通過有源低電平通用故障標(biāo)志（FF）指示是否存在過壓情況。特定故障（SF）輸出引腳可用于解碼具體哪個(gè)輸入引腳出現(xiàn)過壓。FF 和 SF 引腳為開漏輸出，建議使用 1kΩ 外部上拉電阻，上拉電壓范圍為 1.8V 至 5.5V。
（四）雙向和軌到軌操作
信號(hào)在源極（Sx）和漏極（D 或 Dx）之間雙向?qū)ㄐ阅芰己?，各信?hào)路徑在兩個(gè)方向上特性相似。不過，過壓保護(hù)僅在源極側(cè)實(shí)現(xiàn)，漏極電壓只能在 VFP 和 VFN 之間擺動(dòng)。
（五）1.8V 邏輯兼容輸入
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)省空間和物料成本。
（六）邏輯引腳集成下拉電阻
內(nèi)部集成約 4MΩ 的弱下拉電阻到地，確保邏輯引腳不會(huì)浮空，減少了外部元件數(shù)量，降低了系統(tǒng)成本和尺寸。
三、技術(shù)規(guī)格
（一）推薦工作條件
- 邏輯控制輸入引腳電壓（EN、A0、A1、A2）：0 - 22V
- 數(shù)字輸出引腳（SF、FF）電壓：0 - 5.5V
- 環(huán)境溫度：-55°C 至 +125°C
- 該器件為單電源供電，VSS 和 VFN 必須接地，故障電源連接到主電源（VFP = VDD，VFN = GND）
（二）熱信息
| 熱指標(biāo) | 描述 | 值 | 單位 |
|---|---|---|---|
| ReJA | 結(jié)到環(huán)境熱阻 | 84.3 | °C/W |
| ReJC(top) | 結(jié)到外殼（頂部）熱阻 | 22.7 | °C/W |
| ReJB | 結(jié)到電路板熱阻 | 37.3 | °C/W |
| 4JT | 結(jié)到頂部特性參數(shù) | 1.0 | °C/W |
| 4JB | 結(jié)到電路板特性參數(shù) | 36.7 | °C/W |
（三）電氣特性
- 導(dǎo)通電阻：在 -55°C 至 +125°C 溫度范圍內(nèi)，V S = 0V 至 7.8V，I S = -1mA 時(shí)，導(dǎo)通電阻為 180 - 400Ω，通道間導(dǎo)通電阻失配和導(dǎo)通電阻平坦度也有相應(yīng)規(guī)格。
- 泄漏電流：包括源極和漏極的關(guān)斷泄漏電流、導(dǎo)通泄漏電流以及過壓故障時(shí)的輸入和輸出泄漏電流等，在不同溫度和電壓條件下有明確的參數(shù)范圍。
- 電源電流：如 VFP 電源電流（IFP）、VFN 電源電流（IFN）、故障時(shí) VDD 電源電流（IDD(FA)）等，在特定測(cè)試條件下有相應(yīng)的典型值。
四、參數(shù)測(cè)量方法
文檔詳細(xì)介紹了各項(xiàng)參數(shù)的測(cè)量方法，包括導(dǎo)通電阻、關(guān)斷泄漏電流、導(dǎo)通泄漏電流、過壓故障時(shí)的輸入和輸出泄漏電流、先斷后通延遲、使能延遲時(shí)間、過渡時(shí)間、故障響應(yīng)時(shí)間、故障恢復(fù)時(shí)間、故障標(biāo)志響應(yīng)時(shí)間、故障標(biāo)志恢復(fù)時(shí)間、電荷注入、關(guān)斷隔離和串?dāng)_等。通過這些測(cè)量方法，可以準(zhǔn)確評(píng)估器件的性能。
五、真值表
提供了 TMUX582F - SEP 在正常和故障條件下的真值表，明確了不同邏輯控制輸入（EN、A0、A1、A2）組合下開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)以及特定標(biāo)志（SF）的狀態(tài)，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試提供了重要參考。
六、應(yīng)用案例
（一）系統(tǒng)診斷 - 遙測(cè)
在大型遠(yuǎn)程系統(tǒng)中，TMUX582F - SEP 可顯著減少 ADC 通道數(shù)量。其低失真、低電荷注入和高關(guān)斷隔離特性提高了測(cè)量精度，減少了誤判的可能性。同時(shí)，過壓和掉電保護(hù)功能可防止子系統(tǒng)故障影響整個(gè)系統(tǒng)。
（二）設(shè)計(jì)要求
| 參數(shù) | 值 |
|---|---|
| 正電源（VDD） | +12V |
| 負(fù)電源（VSS） | 0V |
| 正故障電壓電源（VFP） | +5V |
| 負(fù)故障電壓電源（VFN） | 0V |
| 板上最大電源電壓 | +24V |
| 非故障輸入 / 輸出信號(hào)范圍 | +5V 至 0V |
| 過壓保護(hù)水平 | 高達(dá) +60V |
| 控制邏輯閾值 | 1.8V 兼容 |
| 溫度范圍 | -55°C 至 +125°C |
（三）詳細(xì)設(shè)計(jì)流程
基于抗閂鎖工藝的 TMUX582F - SEP 可減少 ADC 通道使用，通過保持超低的 RON 平坦度響應(yīng)降低采樣輸入失真，防止誤判。同時(shí)，其過壓和掉電保護(hù)功能可保護(hù)下游設(shè)備。
七、電源與布局建議
（一）電源建議
該器件在單電源模式下工作電壓范圍為 8V 至 22V。為提高電源抗噪能力，建議在 VDD 引腳與地之間使用 0.1μF 至 10μF 的去耦電容。故障電源（VFP）應(yīng)為低阻抗電源，可通過電阻分壓器和緩沖器從主電源獲取，且不能超過主電源電壓。
（二）布局指南
- 在 VDD 引腳附近放置 0.1μF 去耦電容，確保電容電壓額定值滿足 VDD 電源要求。
- 盡量縮短輸入線長(zhǎng)度。
- 使用實(shí)心接地平面，有助于散熱和減少電磁干擾（EMI）噪聲。避免模擬和數(shù)字走線平行，必要時(shí)垂直交叉。
八、總結(jié)
TMUX582F - SEP 以其卓越的性能和全面的保護(hù)功能，成為工業(yè)環(huán)境中模擬多路復(fù)用器的理想選擇。在設(shè)計(jì)過程中，工程師們需要充分考慮其各項(xiàng)特性和技術(shù)規(guī)格，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用需求，合理選擇電源和進(jìn)行布局設(shè)計(jì)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。你在使用類似器件時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。
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