TMUX741xF系列開關(guān)：工業(yè)應(yīng)用的可靠之選

在電子工程師的日常工作中，選擇合適的開關(guān)器件對于系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性至關(guān)重要。今天，我們來深入了解一下德州儀器（TI）的TMUX7411F、TMUX7412F和TMUX7413F這三款±60 V故障保護(hù)、1:1（SPST）、4通道開關(guān)，看看它們在工業(yè)應(yīng)用中能為我們帶來哪些優(yōu)勢。

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一、產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

寬電源電壓范圍

TMUX741xF系列支持多種電源供電方式，單電源范圍為8 V至44 V，雙電源范圍為±5 V至±22 V，還能適應(yīng)非對稱電源，如 (V{DD}=12 ~V) 、 (V{SS}=-5 ~V) 。這種寬電源電壓范圍的設(shè)計(jì)，使得該系列開關(guān)在不同的工業(yè)應(yīng)用場景中都能靈活使用，為工程師提供了更多的電源配置選擇。

集成故障保護(hù)

這是該系列產(chǎn)品的一大核心優(yōu)勢。它具備多種保護(hù)功能，如過壓保護(hù)（源極到電源或源極到漏極的過壓保護(hù)可達(dá)±85 V，一般過壓保護(hù)為±60 V）、斷電保護(hù)（±60 V），還設(shè)有中斷標(biāo)志來指示故障狀態(tài)，并且在故障發(fā)生時(shí)輸出會(huì)開路。這些保護(hù)功能能夠有效防止設(shè)備因過壓等故障而損壞，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。

閂鎖免疫

通過特殊的器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，TMUX741xF系列具備閂鎖免疫能力。閂鎖現(xiàn)象一旦發(fā)生，可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)故障甚至損壞設(shè)備，而該系列產(chǎn)品從根本上避免了這種情況的出現(xiàn)，為系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。

低導(dǎo)通電阻與平坦特性

典型導(dǎo)通電阻低至8.3 Ω，平坦度典型值為10 mΩ。這種低且平坦的導(dǎo)通電阻特性，使得信號(hào)在傳輸過程中的損耗更小，失真更低，非常適合用于高精度的傳感器應(yīng)用，能夠確保信號(hào)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

邏輯兼容性與故障安全邏輯

支持1.8 - V邏輯，并且具備故障安全邏輯，邏輯控制引腳的電壓最高可承受44 V，且獨(dú)立于電源。這意味著在電源未上電或出現(xiàn)異常時(shí)，邏輯控制引腳依然能夠正常工作，避免了因電源問題導(dǎo)致的器件損壞，同時(shí)也為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了更大的靈活性。

多種封裝形式

采用了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的TSSOP和更小的WQFN封裝，不同的封裝形式可以滿足不同的應(yīng)用需求，無論是對空間要求較高的緊湊型設(shè)計(jì)，還是對散熱等有特殊要求的應(yīng)用，都能找到合適的封裝。

二、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

TMUX741xF系列開關(guān)憑借其卓越的性能和豐富的保護(hù)功能，在多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。

工廠自動(dòng)化與控制

在工廠自動(dòng)化系統(tǒng)中，需要對大量的傳感器和執(zhí)行器進(jìn)行控制和監(jiān)測。該系列開關(guān)能夠有效地保護(hù)下游設(shè)備免受過高電壓的損害，同時(shí)確保信號(hào)的準(zhǔn)確傳輸，提高了整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

可編程邏輯控制器（PLC）

PLC作為工業(yè)自動(dòng)化的核心控制設(shè)備，對輸入輸出信號(hào)的處理要求非常高。TMUX741xF系列的寬電源電壓范圍、低導(dǎo)通電阻和故障保護(hù)功能，使其成為PLC模擬輸入模塊等應(yīng)用的理想選擇，能夠應(yīng)對各種復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境。

半導(dǎo)體與電池測試設(shè)備

在測試設(shè)備中，需要精確地測量和控制電壓、電流等參數(shù)。該系列開關(guān)的高精度和可靠性，能夠確保測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，同時(shí)保護(hù)測試設(shè)備免受意外電壓沖擊的影響。

伺服驅(qū)動(dòng)控制模塊

伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對信號(hào)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性要求極高。TMUX741xF系列的快速響應(yīng)時(shí)間和低失真特性，能夠滿足伺服驅(qū)動(dòng)控制模塊的需求，確保系統(tǒng)的高效運(yùn)行。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAQ）

DAQ系統(tǒng)需要采集和處理各種模擬信號(hào)，對信號(hào)的質(zhì)量和準(zhǔn)確性要求嚴(yán)格。該系列開關(guān)的低導(dǎo)通電阻和平坦特性，能夠有效減少信號(hào)失真，提高數(shù)據(jù)采集的精度。

三、詳細(xì)技術(shù)剖析

功能框圖與工作原理

從功能框圖可以看出，TMUX741xF系列由多個(gè)部分組成，包括開關(guān)單元、故障檢測、開關(guān)驅(qū)動(dòng)和邏輯解碼器。通過邏輯控制輸入（SELx）來選擇不同的開關(guān)通道，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的導(dǎo)通和斷開。當(dāng)源極輸入出現(xiàn)過壓情況時(shí)，故障檢測電路會(huì)及時(shí)檢測到，并觸發(fā)相應(yīng)的保護(hù)機(jī)制，使開關(guān)斷開，源極變?yōu)楦咦杩範(fàn)顟B(tài)，同時(shí)輸出故障標(biāo)志信號(hào)。

保護(hù)特性詳解

• 輸入電壓容限：源極輸入引腳的最大電壓可達(dá)±60 V，不同引腳組合的最大應(yīng)力額定值有所不同。例如，源極引腳與電源軌之間的電壓差最大為85 V，源極與同一漏極引腳之間也是85 V。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)電源電壓合理設(shè)置輸入信號(hào)的范圍，以確保設(shè)備的安全運(yùn)行。
• 斷電保護(hù)：當(dāng)電源移除（ (V{DD} / V{SS}=0 ~V) 或浮動(dòng)）時(shí)，源極引腳保持高阻抗?fàn)顟B(tài)，設(shè)備的泄漏性能仍在規(guī)定范圍內(nèi)。這一特性避免了輸入源引腳的異常電壓對系統(tǒng)其他部分的影響，同時(shí)也減少了對電源供應(yīng)順序的控制要求，簡化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
• 故障安全邏輯：邏輯控制引腳可以在電源引腳之前施加電壓，并且無論邏輯信號(hào)狀態(tài)如何，開關(guān)都被指定為斷開狀態(tài)。在正常工作時(shí)，邏輯輸入可以與高于 (V_{DD}) 的電壓接口，最大可達(dá)44 V，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了更大的靈活性。
• 過壓保護(hù)與檢測：通過比較源極引腳電壓與電源電壓，當(dāng)源極電壓超過電源電壓加上閾值電壓（ (V_{T}) ）時(shí)，開關(guān)會(huì)自動(dòng)斷開，源極變?yōu)楦咦杩梗O浮空。這種保護(hù)機(jī)制能夠及時(shí)有效地防止過壓對設(shè)備造成的損害。
• ESD保護(hù)：所有引腳都支持高達(dá)±6 kV的HBM ESD保護(hù)等級(jí)，能夠有效防止設(shè)備在制造過程中因靜電放電而損壞。不過，需要注意的是，漏極引腳的電壓不能超過電源電壓，以避免ESD保護(hù)二極管過流；源極引腳的特殊ESD保護(hù)允許信號(hào)電壓達(dá)到±60 V，但超過此范圍可能會(huì)損壞保護(hù)電路。
• 閂鎖免疫：通過在硅襯底上放置絕緣氧化層，防止寄生結(jié)的形成，從而使設(shè)備在任何情況下都能避免閂鎖現(xiàn)象的發(fā)生，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。
• EMC保護(hù)：雖然該系列產(chǎn)品本身不具備獨(dú)立的電磁兼容性（EMC）保護(hù)能力，但在工業(yè)應(yīng)用中，可通過使用瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）和低阻值串聯(lián)限流電阻來防止源輸入電壓超過額定的±60 V限制。在選擇TVS保護(hù)設(shè)備時(shí)，需要根據(jù)設(shè)備的正常工作范圍和可能出現(xiàn)的過壓情況合理選擇其擊穿電壓。

工作模式

• 正常模式：在正常模式下，信號(hào)可以在源極（Sx）和漏極（Dx）之間雙向傳輸，最大可達(dá)到 (V{DD}) 和 (V{SS}) 。開關(guān)的導(dǎo)通需要滿足三個(gè)條件：電源電壓差（ (V{DD}-V{SS}) ）大于等于8 V；源極或漏極的輸入信號(hào)在 (V{DD}+V{T}) 和 (V{SS}-V{T}) 之間；選擇控制邏輯（SELx）選擇相應(yīng)的開關(guān)通道。
• 故障模式：當(dāng)源極輸入信號(hào)超過電源電壓加上閾值電壓 (V{T}) 時(shí)，設(shè)備進(jìn)入故障模式。此時(shí)，發(fā)生故障的開關(guān)輸入自動(dòng)斷開，源極變?yōu)楦咦杩?，漏極浮空。同時(shí)，通用故障標(biāo)志（FF）引腳輸出低電平，指示故障的發(fā)生。需要注意的是，過壓保護(hù)僅針對源極輸入引腳，漏極引腳作為信號(hào)輸入時(shí)必須保持在 (V{DD}) 和 (V_{SS}) 之間。

四、參數(shù)測量與實(shí)際應(yīng)用考量

參數(shù)測量方法

文檔詳細(xì)介紹了各項(xiàng)參數(shù)的測量方法，如導(dǎo)通電阻、開啟和關(guān)閉時(shí)間、泄漏電流、故障響應(yīng)時(shí)間等。對于工程師來說，了解這些測量方法不僅有助于準(zhǔn)確理解器件的性能指標(biāo)，還能在實(shí)際測試和調(diào)試過程中確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。例如，導(dǎo)通電阻的測量是通過測量源極（Sx）和漏極（Dx）引腳之間的歐姆電阻來實(shí)現(xiàn)的，不同的輸入電壓和電源電壓會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)通電阻的變化。

實(shí)際應(yīng)用設(shè)計(jì)

在實(shí)際應(yīng)用設(shè)計(jì)過程中，需要考慮多個(gè)方面的因素。

• 電源供應(yīng)：建議在 (V{DD}) 和 (V{SS}) 引腳與地之間使用1 μF至10 μF的去耦電容，以提高電源的抗干擾能力。同時(shí)，要確保在電源上電之前先建立好接地連接，避免因電源波動(dòng)對設(shè)備造成損害。
• PCB布局：合理的PCB布局對于器件的性能和可靠性至關(guān)重要。要盡量縮短輸入線的長度，使用實(shí)心接地平面來散熱和減少電磁干擾（EMI）。避免敏感的模擬走線與數(shù)字走線平行，必要時(shí)采用垂直交叉的方式。對于 (V{DD}) 和 (V{SS}) 引腳，應(yīng)使用盡可能低電感的寬走線，并將去耦電容盡量靠近引腳放置。

五、總結(jié)與思考

TMUX741xF系列開關(guān)以其豐富的功能、卓越的性能和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，為電子工程師在工業(yè)設(shè)計(jì)中提供了一個(gè)可靠的選擇。其強(qiáng)大的故障保護(hù)功能能夠有效應(yīng)對各種復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行；低導(dǎo)通電阻和平坦特性則保證了信號(hào)的高精度傳輸。

然而，在實(shí)際應(yīng)用中，我們也需要根據(jù)具體的項(xiàng)目需求，合理選擇電源供應(yīng)、PCB布局等，以充分發(fā)揮該系列開關(guān)的優(yōu)勢。同時(shí)，在面對復(fù)雜的電磁環(huán)境和可能出現(xiàn)的故障情況時(shí)，要結(jié)合實(shí)際情況考慮使用額外的保護(hù)措施，如上述提到的TVS和限流電阻。大家在使用過類似的開關(guān)器件時(shí)，有沒有遇到過一些特殊的問題呢？又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。