深度解析TMUX111x系列精密開關(guān)：特性、應(yīng)用與設(shè)計要點

引言

在電子工程師的日常設(shè)計工作中，開關(guān)和多路復(fù)用器是不可或缺的元件。它們在信號切換、隔離和增益控制等方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。今天，我們將深入探討德州儀器（Texas Instruments）的TMUX111x系列，包括TMUX1111、TMUX1112和TMUX1113三款精密互補(bǔ)金屬 - 氧化物半導(dǎo)體（CMOS）器件。這三款器件具有獨特的性能特點，適用于多種應(yīng)用場景。

文件下載：tmux1113.pdf

產(chǎn)品概述

TMUX111x系列是具有四個獨立可選的1:1單刀單擲（SPST）開關(guān)的精密CMOS器件。其寬工作電源范圍為1.08V至5.5V，這使得它們能夠在從醫(yī)療設(shè)備到工業(yè)系統(tǒng)等廣泛的應(yīng)用中使用。該系列器件支持源（Sx）和漏（Dx）引腳上從GND到VDD的雙向模擬和數(shù)字信號。

產(chǎn)品對比

特性亮點

電氣特性

1. 寬電源范圍：1.08V至5.5V的寬電源范圍，使器件能適應(yīng)不同的電源環(huán)境，增加了設(shè)計的靈活性。
2. 低泄漏電流：僅3pA的低泄漏電流，在高精度測量應(yīng)用中能有效減少誤差，提高測量精度。
3. 低電荷注入： - 1.5pC的低電荷注入，可降低開關(guān)切換時的電荷轉(zhuǎn)移，減少采樣誤差。
4. 低導(dǎo)通電阻：2Ω的低導(dǎo)通電阻，能降低信號傳輸過程中的損耗，提高信號質(zhì)量。
5. 寬工作溫度范圍： - 40°C至 + 125°C的工作溫度范圍，適用于各種惡劣的工業(yè)和戶外環(huán)境。
6. 1.8V邏輯兼容：支持1.8V邏輯輸入，可與低電壓處理器直接接口，無需額外的電平轉(zhuǎn)換電路，節(jié)省空間和成本。
7. 故障安全邏輯：控制輸入引腳支持故障安全邏輯，允許在電源引腳之前施加控制引腳電壓，保護(hù)器件免受潛在損壞，減少系統(tǒng)復(fù)雜性。
8. 軌到軌操作：信號路徑輸入/輸出電壓范圍從GND到VDD，能充分利用電源電壓，提高信號處理能力。
9. 雙向信號路徑：支持雙向信號傳輸，每個通道在兩個方向上具有相似的特性，可處理模擬和數(shù)字信號。
10. 先斷后通切換：TMUX1113具有先斷后通切換功能，適用于交叉點切換應(yīng)用，避免信號干擾。
11. ESD保護(hù)：人體模型（HBM）2000V的靜電放電保護(hù)，提高了器件的可靠性和抗干擾能力。

典型特性曲線

文檔中給出了多個典型特性曲線，如導(dǎo)通電阻與源或漏電壓、溫度的關(guān)系，泄漏電流與溫度、源或漏電壓的關(guān)系，電荷注入與源電壓的關(guān)系等。這些曲線能幫助工程師更好地了解器件在不同工作條件下的性能表現(xiàn)，為設(shè)計提供參考。

應(yīng)用領(lǐng)域

TMUX111x系列的特性使其適用于多種應(yīng)用場景，以下是一些典型應(yīng)用：

采樣保持電路

采樣保持電路常用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）中，以提高采樣的可靠性和穩(wěn)定性。TMUX111x的低電荷注入特性可減少采樣誤差，其低導(dǎo)通電阻和低泄漏電流能保證信號的準(zhǔn)確傳輸。在設(shè)計采樣保持電路時，可使用一個可選的運(yùn)算放大器來緩沖DAC輸出，以避免驅(qū)動電容性負(fù)載時的穩(wěn)定性問題。

反饋增益切換

在放大器電路的反饋路徑中，開關(guān)和多路復(fù)用器用于提供可配置的增益控制。TMUX111x可通過不同的電阻值實現(xiàn)多個增益設(shè)置。其低泄漏電流和低電容特性有助于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度。

信號隔離

在需要對信號進(jìn)行隔離的應(yīng)用中，TMUX111x可作為信號隔離開關(guān)，確保信號的獨立性和安全性。

其他應(yīng)用

還可應(yīng)用于現(xiàn)場變送器、可編程邏輯控制器（PLC）、工廠自動化和控制、超聲掃描儀、患者監(jiān)測和診斷、心電圖（ECG）、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAQ）、ATE測試設(shè)備、電池測試設(shè)備、實驗室儀器、智能電表、光網(wǎng)絡(luò)和光測試設(shè)備等領(lǐng)域。

設(shè)計要點

電源供應(yīng)

TMUX111x的工作電源范圍為1.08V至5.5V，但在使用時需注意不要超過絕對最大額定值。為了提高噪聲容限和防止開關(guān)噪聲傳播，建議使用電源去耦電容，將其放置在靠近器件電源引腳的位置，并使用低阻抗連接。TI推薦使用多層陶瓷片式電容器（MLCC）進(jìn)行電源去耦。

布局設(shè)計

1. 走線拐角：PCB走線拐角應(yīng)盡量避免90°角，可采用圓角或45°角，以減少反射和阻抗變化。
2. 高速信號走線：高速信號應(yīng)盡量減少過孔和拐角的使用，增加過孔周圍的間隙以減小電容。
3. 測試點設(shè)計：在高頻設(shè)計中，應(yīng)避免使用通孔引腳作為測試點。
4. 電源和接地：使用寬走線為電源供電，以降低電感；使用實心接地平面可減少電磁干擾（EMI）噪聲拾取。
5. 模擬和數(shù)字走線：敏感的模擬走線應(yīng)避免與數(shù)字走線平行，必要時應(yīng)垂直交叉。

總結(jié)

TMUX111x系列精密開關(guān)以其獨特的特性和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，為電子工程師提供了一個優(yōu)秀的選擇。在設(shè)計過程中，充分了解器件的特性和應(yīng)用要求，合理進(jìn)行電源供應(yīng)和布局設(shè)計，能夠充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。希望本文能為工程師們在使用TMUX111x系列器件時提供有價值的參考。你在使用這類開關(guān)時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。