探索TMUX1136：一款高性能模擬開關(guān)的深度解析

在電子設(shè)計領(lǐng)域，模擬開關(guān)是實現(xiàn)信號切換和路由的關(guān)鍵元件。TI公司的TMUX1136 5V低泄漏電流、2:1、2通道精密模擬開關(guān)，憑借其卓越的性能和廣泛的應(yīng)用場景，成為眾多工程師的首選。今天，我們就來深入了解一下這款模擬開關(guān)。

文件下載：tmux1136.pdf

一、TMUX1136關(guān)鍵特性

1. 寬電源范圍

TMUX1136的電源范圍為1.08V至5.5V，這使得它能夠適應(yīng)各種不同的電源環(huán)境，從低電壓的便攜式設(shè)備到高電壓的工業(yè)系統(tǒng)，都能穩(wěn)定工作。這種寬電源范圍的設(shè)計，大大提高了芯片的通用性和適用性。

2. 低泄漏電流

低泄漏電流是TMUX1136的一大亮點，僅為3pA。在一些對信號精度要求極高的應(yīng)用中，如高精度測量儀器，低泄漏電流可以有效減少信號的損失和干擾，保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3. 低導(dǎo)通電阻

導(dǎo)通電阻低至2Ω，這意味著在信號傳輸過程中，能夠減少信號的衰減和失真，提高信號的傳輸質(zhì)量。對于需要處理高速信號的應(yīng)用，低導(dǎo)通電阻的優(yōu)勢尤為明顯。

4. 低電荷注入

電荷注入僅為 -6pC，可有效降低開關(guān)切換時對信號的影響，減少信號的波動和噪聲，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

5. 寬工作溫度范圍

工作溫度范圍為 -40°C至 +125°C，能夠在惡劣的環(huán)境條件下正常工作，適用于工業(yè)控制、汽車電子等對溫度要求較高的應(yīng)用場景。

6. 1.8V邏輯兼容

支持1.8V邏輯電平，方便與各種低電壓的微控制器和處理器接口，無需額外的電平轉(zhuǎn)換電路，簡化了設(shè)計，降低了成本。

7. 故障安全邏輯

具備故障安全邏輯功能，允許在電源引腳之前施加控制引腳電壓，有效保護(hù)芯片免受潛在的損壞，提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性。

8. 軌到軌操作

支持軌到軌操作，信號路徑的輸入/輸出電壓范圍從GND到VDD，能夠充分利用電源電壓，提高信號的動態(tài)范圍。

9. 雙向信號路徑

信號路徑具有雙向性，既可以從源極到漏極傳輸信號，也可以從漏極到源極傳輸信號，增強(qiáng)了芯片的靈活性和通用性。

10. 先斷后通切換

采用先斷后通的切換方式，避免了在切換過程中出現(xiàn)信號短路的問題，保證了信號的穩(wěn)定傳輸。

11. ESD保護(hù)

具備2000V的人體模型（HBM）靜電放電保護(hù)能力，能夠有效防止芯片在生產(chǎn)、運(yùn)輸和使用過程中受到靜電的損壞。

二、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

TMUX1136的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，涵蓋了醫(yī)療、通信、工業(yè)等多個領(lǐng)域。

• 醫(yī)療設(shè)備：如超聲掃描儀、患者監(jiān)測和診斷設(shè)備、血糖監(jiān)測儀等，對信號的精度和穩(wěn)定性要求極高，TMUX1136的低泄漏電流和低電荷注入特性，能夠滿足這些應(yīng)用的需求。
• 通信領(lǐng)域：在光網(wǎng)絡(luò)、光測試設(shè)備、遠(yuǎn)程無線電單元等設(shè)備中，TMUX1136可用于信號的切換和路由，保證信號的準(zhǔn)確傳輸。
• 工業(yè)控制：在工廠自動化和工業(yè)控制系統(tǒng)中，如流量變送器、可編程邏輯控制器（PLC）、模擬輸入模塊等，TMUX1136能夠適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境，穩(wěn)定可靠地工作。
• 其他領(lǐng)域：還可用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、ATE測試設(shè)備、電池監(jiān)測系統(tǒng)、SONAR接收器等。

三、詳細(xì)描述

1. 功能框圖

TMUX1136是一款2:1（單刀雙擲，SPDT）、2通道模擬開關(guān)，每個通道由一個獨立的選擇（SELx）控制引腳控制，可在兩個源輸入之間進(jìn)行切換。

2. 特性描述

• 雙向操作：能夠在源極（Sx）和漏極（Dx）之間雙向傳導(dǎo)信號，且在兩個方向上具有相似的特性，支持模擬和數(shù)字信號。
• 軌到軌操作：信號路徑的有效輸入/輸出電壓范圍從GND到VDD，充分利用了電源電壓。
• 1.8V邏輯兼容輸入：邏輯控制輸入（SELx）與1.8V邏輯兼容，即使在5.5V的電源電壓下，也能提供1.8V的邏輯控制。這使得TMUX1136可以與低邏輯I/O軌的處理器直接接口，無需外部翻譯器，節(jié)省了空間和BOM成本。
• 故障安全邏輯：控制輸入引腳（SELx）支持故障安全邏輯，允許在電源引腳狀態(tài)未知的情況下，將控制引腳電壓施加到5.5V，保護(hù)芯片免受潛在損壞，同時減少了系統(tǒng)對電源時序的要求。
• 超低泄漏電流：提供極低的導(dǎo)通和關(guān)斷泄漏電流，能夠?qū)⒏咴醋杩馆斎氲男盘柷袚Q到高輸入阻抗的運(yùn)算放大器中，且偏移誤差極小。
• 超低電荷注入：采用傳輸門拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并配備特殊的電荷注入消除電路，可將漏極到源極的電荷注入降低至 -6pC（在VD = 1V時）。

3. 設(shè)備功能模式

四、應(yīng)用與實現(xiàn)

1. 應(yīng)用信息

TMUX11xx系列具有超低的輸入/輸出泄漏電流和低電荷注入特性，可在高達(dá)5.5V的電壓下工作，提供真正的軌到軌模擬和數(shù)字信號輸入/輸出。TMUX1136的低導(dǎo)通電容，使得在時域中多路復(fù)用輸入時能夠?qū)崿F(xiàn)更快的建立時間。這些特性使TMUX11xx系列成為低壓應(yīng)用中精密、高性能開關(guān)和多路復(fù)用器的理想選擇。

2. 典型應(yīng)用

以TMUX1136用于跨阻放大器（TIA）的不同反饋網(wǎng)絡(luò)切換為例。在這個應(yīng)用中，使用2通道SPDT開關(guān)來優(yōu)化開關(guān)的低泄漏電流和導(dǎo)通電阻之間的權(quán)衡。

• 設(shè)計要求：電源（VDD）為5V，輸入/輸出信號范圍為1nA至10μA，控制邏輯閾值與1.8V兼容。
• 詳細(xì)設(shè)計過程：TMUX1136除了電源去耦電容外，無需其他外部組件。所有通過開關(guān)的輸入信號必須在推薦的工作條件范圍內(nèi)，包括信號范圍和連續(xù)電流。對于5V電源，信號范圍可以是0V至5V，最大連續(xù)電流為30mA。通過切換不同的反饋網(wǎng)絡(luò)到跨阻放大器中，可以調(diào)整輸出電壓，以最大化系統(tǒng)的動態(tài)范圍。TMUX1136的低導(dǎo)通電阻（典型值為2Ω）和低泄漏電流（典型導(dǎo)通泄漏電流小于10pA），能夠確保系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。
• 應(yīng)用曲線：由于超低的泄漏電流和低導(dǎo)通電阻，TMUX1136能夠以最小的失真切換信號。其泄漏電流隨輸入電壓的變化曲線，可幫助工程師更好地了解芯片的性能。

3. 電源供應(yīng)建議

TMUX1136的電源范圍為1.08V至5.5V，使用時不要超過絕對最大額定值。為了提高噪聲容限，防止開關(guān)噪聲從VDD電源傳播到其他組件，建議使用0.1μF至10μF的電源去耦電容，從VDD連接到地。旁路電容應(yīng)盡可能靠近芯片的電源引腳，并使用低阻抗連接。TI推薦使用多層陶瓷片式電容器（MLCC），因為它們具有低等效串聯(lián)電阻（ESR）和電感（ESL）特性。

4. 布局建議

• 布局指南：PCB走線在90°轉(zhuǎn)彎時會產(chǎn)生反射，建議采用圓角技術(shù)，以保持走線寬度恒定，減少反射。高速信號走線應(yīng)盡量減少過孔和轉(zhuǎn)彎，使用過孔時，應(yīng)增加其周圍的間隙尺寸，以減小電容。設(shè)計測試點時，不建議在高頻下使用通孔引腳。
• 布局示例：對VDD引腳使用0.1μF電容進(jìn)行去耦，并將其盡可能靠近引腳放置，確保電容的電壓額定值足以滿足VDD電源。輸入線應(yīng)盡量短，使用實心接地平面以減少電磁干擾（EMI）噪聲拾取。避免敏感的模擬走線與數(shù)字走線平行，必要時應(yīng)垂直交叉。

五、總結(jié)

TMUX1136以其豐富的特性、廣泛的應(yīng)用場景和出色的性能表現(xiàn)，為電子工程師在設(shè)計中提供了一個可靠的選擇。在實際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的需求，合理選擇電源、優(yōu)化布局，并注意靜電放電保護(hù)等問題，以充分發(fā)揮TMUX1136的優(yōu)勢，設(shè)計出高性能、穩(wěn)定可靠的電子系統(tǒng)。大家在使用TMUX1136的過程中，有沒有遇到過什么有趣的問題或者獨特的應(yīng)用案例呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。