汽車級(jí)多路復(fù)用器TMUX1308-Q1和TMUX1309-Q1的特性與應(yīng)用解析

在汽車電子系統(tǒng)不斷發(fā)展的今天，對(duì)高性能、高可靠性的電子元件需求日益增長(zhǎng)。德州儀器（Texas Instruments）推出的TMUX1308-Q1和TMUX1309-Q1汽車級(jí)多路復(fù)用器，憑借其出色的特性和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，成為了電子工程師們?cè)谠O(shè)計(jì)中的有力選擇。今天，我們就來(lái)深入探討這兩款多路復(fù)用器的技術(shù)細(xì)節(jié)和應(yīng)用案例。

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產(chǎn)品概述

TMUX1308-Q1是一款8:1單通道（單端）多路復(fù)用器，而TMUX1309-Q1則是4:1雙通道（差分）多路復(fù)用器。它們均為通用互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）多路復(fù)用器，支持源（Sx）和漏（Dx）引腳之間從GND到(V_{DD})的雙向模擬和數(shù)字信號(hào)傳輸。

特性亮點(diǎn)

1. 汽車級(jí)認(rèn)證與寬溫范圍

這兩款器件均通過(guò)了AEC-Q100汽車應(yīng)用認(rèn)證，器件溫度等級(jí)為1級(jí)，可在 -40°C至125°C的環(huán)境溫度下穩(wěn)定工作，能夠適應(yīng)汽車復(fù)雜的工作環(huán)境。

2. 注入電流控制與反向供電保護(hù)

內(nèi)部注入電流控制特性消除了通常用于保護(hù)開關(guān)和保持輸入信號(hào)在電源電壓范圍內(nèi)的外部二極管和電阻網(wǎng)絡(luò)的需求。同時(shí)，沒(méi)有到(V_{DD})的ESD二極管路徑，避免了反向供電對(duì)電源引腳連接組件的損壞風(fēng)險(xiǎn)。

3. 寬電源范圍與低電容

支持1.62 V至5.5 V的寬電源范圍，并且具有低電容特性，能夠有效減少信號(hào)傳輸中的損耗和干擾，提高信號(hào)質(zhì)量。

4. 雙向信號(hào)路徑與軌到軌操作

雙向信號(hào)路徑設(shè)計(jì)使得信號(hào)在源和漏之間的傳輸具有相同的特性，可作為多路復(fù)用器和解復(fù)用器使用。軌到軌操作則確保了信號(hào)在整個(gè)電源電壓范圍內(nèi)的有效傳輸。

5. 1.8 V邏輯兼容與故障安全邏輯

所有邏輯輸入均具有1.8 V邏輯兼容閾值，可與TTL和CMOS邏輯兼容。故障安全邏輯電路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。

6. 先斷后通開關(guān)與短路保護(hù)

先斷后通開關(guān)特性避免了在切換過(guò)程中兩個(gè)輸入的連接，提高了系統(tǒng)的安全性。同時(shí)，具備短路到電池保護(hù)功能，增強(qiáng)了器件在異常情況下的可靠性。

應(yīng)用場(chǎng)景

1. 模擬和數(shù)字多路復(fù)用與解復(fù)用

在需要對(duì)多個(gè)信號(hào)進(jìn)行選擇和傳輸?shù)南到y(tǒng)中，TMUX1308-Q1和TMUX1309-Q1可以有效地實(shí)現(xiàn)信號(hào)的多路復(fù)用和解復(fù)用功能，減少系統(tǒng)的輸入輸出引腳數(shù)量。

2. 診斷和監(jiān)測(cè)

在汽車電子系統(tǒng)的診斷和監(jiān)測(cè)模塊中，能夠?qū)Ω鞣N傳感器信號(hào)進(jìn)行選擇和處理，為系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的狀態(tài)信息。

3. 區(qū)域架構(gòu)與車身控制模塊

在車身控制模塊（BCM）中，可用于多路復(fù)用各種物理開關(guān)的輸入，減少GPIO或ADC輸入的需求，降低系統(tǒng)復(fù)雜度和成本。

4. 電池管理系統(tǒng)（BMS）和HVAC控制模塊

在電池管理系統(tǒng)和HVAC控制模塊中，對(duì)不同的信號(hào)進(jìn)行選擇和傳輸，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

5. 汽車頭單元、遠(yuǎn)程信息處理和充電系統(tǒng)

在汽車頭單元、遠(yuǎn)程信息處理系統(tǒng)以及車載（OBC）和無(wú)線充電系統(tǒng)中，也能發(fā)揮重要作用，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的高效傳輸和處理。

典型應(yīng)用案例：車身控制模塊（BCM）

以車身控制模塊為例，汽車BCM需要管理眾多功能，如照明、門鎖、窗戶、雨刮器、轉(zhuǎn)向燈等。使用TMUX1308-Q1可以對(duì)這些物理開關(guān)的輸入進(jìn)行多路復(fù)用，減少MCU所需的GPIO或ADC輸入數(shù)量。

設(shè)計(jì)要求

• 電源（(V_{DD})）：5.0 V
• I/O信號(hào)范圍：0 V至(V_{DD})（軌到軌）
• 控制邏輯閾值：1.8 V兼容
• 開關(guān)輸入：八個(gè)

詳細(xì)設(shè)計(jì)過(guò)程

BCM使用12 V電池電壓為每個(gè)開關(guān)提供濕電流，濕電流大小由(R{WETT})決定。20 kΩ和15 kΩ電阻用于創(chuàng)建電壓分壓器，確保開關(guān)信號(hào)路徑電壓低于(V{DD})。20 kΩ串聯(lián)電阻還可限制過(guò)壓事件時(shí)注入開關(guān)的電流。二極管D1至D8用于防止電流回流，10 nF電容器用于初始ESD保護(hù)。邏輯地址引腳由微控制器控制，循環(huán)選擇八個(gè)開關(guān)輸入。

短路到電池保護(hù)

在評(píng)估汽車級(jí)多路復(fù)用器的安全性和可靠性時(shí)，短路到電池的情況是一個(gè)重要的考量因素。通過(guò)對(duì)TMUX1308-Q1在不同短路到電池條件下的測(cè)試，我們得到了以下結(jié)論：

• 單通道短路：當(dāng)一個(gè)通道（如S0）短路到電池時(shí)，根據(jù)不同的電池電壓（(V{BAT})），需要選擇合適的限流電阻（(R{LIM})）來(lái)保證通過(guò)開關(guān)的電流不超過(guò)最大允許值（如25 mA），同時(shí)確保輸出電壓變化（(Delta V_{OUT})）在可接受范圍內(nèi)。
• 多通道短路：當(dāng)所有未選擇的通道同時(shí)短路到電池時(shí)，最大允許電流限制為12.5 mA，同樣需要根據(jù)電池電壓選擇合適的(R_{LIM})。
• 選中通道短路：當(dāng)選中的通道短路到電池時(shí)，需要將輸入電壓限制在6 V以內(nèi)，通過(guò)選擇合適的(R_{LIM})來(lái)保證器件的正常工作。

電氣特性與參數(shù)測(cè)量

1. 導(dǎo)通電阻（(R_{ON})）

導(dǎo)通電阻是衡量多路復(fù)用器性能的重要指標(biāo)之一。TMUX1308-Q1和TMUX1309-Q1的導(dǎo)通電阻隨輸入電壓和電源電壓的變化而變化。在不同的電源電壓下，導(dǎo)通電阻的典型值和最大值有所不同，例如在(V{DD}=1.8 V)時(shí)，導(dǎo)通電阻最大值可達(dá)1500 Ω；而在(V{DD}=5 V)時(shí)，最大值為270 Ω。

2. 關(guān)斷泄漏電流

包括源關(guān)斷泄漏電流（(I{S(OFF)})）和漏關(guān)斷泄漏電流（(I{D(OFF)})）。在不同的電源電壓和測(cè)試條件下，泄漏電流的最大值在 -800 nA至800 nA之間。

3. 動(dòng)態(tài)特性

如傳播延遲（(t{PD})）、輸入之間的過(guò)渡時(shí)間（(t{TRAN})）、開啟時(shí)間（(t{ON(EN)})）和關(guān)斷時(shí)間（(t{OFF(EN)})）等。這些參數(shù)在不同的電源電壓下也有所不同，例如在(V{DD}=1.8 V)時(shí)，傳播延遲最大值為30 ns；而在(V{DD}=5 V)時(shí)，最大值為10 ns。

4. 注入電流耦合

注入電流耦合會(huì)影響輸出電壓的穩(wěn)定性。通過(guò)測(cè)試不同電源電壓和注入電流條件下的輸出電壓變化（(Delta V_{OUT})），可以評(píng)估器件在注入電流情況下的性能。

設(shè)計(jì)建議

1. 電源供應(yīng)

TMUX1308-Q1和TMUX1309-Q1可在1.62 V至5.5 V的寬電源范圍內(nèi)工作，但需注意不要超過(guò)絕對(duì)最大額定值。為了提高電源的抗噪能力，建議在(V_{DD})和地之間使用0.1 μF至10 μF的去耦電容，并將其盡可能靠近器件的電源引腳放置。

2. PCB布局

在PCB布局時(shí)，應(yīng)盡量減少高速信號(hào)的過(guò)孔和拐角，以減少信號(hào)反射和阻抗變化。增加過(guò)孔周圍的間隙以減小電容。同時(shí)，要注意將(V_{DD})引腳用0.1 μF電容去耦，保持輸入線盡可能短，使用實(shí)心接地平面減少電磁干擾（EMI）噪聲拾取，避免敏感模擬跡線與數(shù)字跡線平行或交叉。

總結(jié)

TMUX1308-Q1和TMUX1309-Q1汽車級(jí)多路復(fù)用器憑借其豐富的特性和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，為電子工程師在汽車電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中提供了可靠的解決方案。通過(guò)合理的設(shè)計(jì)和布局，可以充分發(fā)揮這兩款器件的優(yōu)勢(shì)，提高系統(tǒng)的性能和可靠性。在實(shí)際應(yīng)用中，電子工程師們還需要根據(jù)具體的設(shè)計(jì)要求和系統(tǒng)環(huán)境，對(duì)器件的參數(shù)和性能進(jìn)行進(jìn)一步的評(píng)估和優(yōu)化，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。大家在使用這兩款器件的過(guò)程中，有沒(méi)有遇到過(guò)什么有趣的問(wèn)題或者獨(dú)特的應(yīng)用場(chǎng)景呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。