探索TMUX612x系列開關(guān)：高精度、高性能的工業(yè)應(yīng)用之選

在電子工程師的日常設(shè)計中，選擇合適的開關(guān)器件對于實現(xiàn)系統(tǒng)的高性能和穩(wěn)定性至關(guān)重要。今天，我們就來深入探討一下德州儀器（TI）的TMUX612x系列開關(guān)，包括TMUX6121、TMUX6122和TMUX6123，看看它們在工業(yè)應(yīng)用中能為我們帶來哪些優(yōu)勢。

文件下載：tmux6123.pdf

一、TMUX612x系列概述

TMUX612x系列是現(xiàn)代互補金屬 - 氧化物半導(dǎo)體（CMOS）器件，擁有兩個可獨立選擇的單刀單擲（SPST）開關(guān)。它們支持雙電源（±5 V至±16.5 V）、單電源（10 V至16.5 V）或不對稱電源，所有數(shù)字輸入均具有晶體管 - 晶體管邏輯（TTL）兼容閾值，確保了與TTL和CMOS邏輯的兼容性。

不同型號的控制邏輯差異

• TMUX6121：數(shù)字控制輸入為邏輯1時，開關(guān)導(dǎo)通。
• TMUX6122：需要邏輯0來導(dǎo)通開關(guān)。
• TMUX6123：一個開關(guān)的數(shù)字控制邏輯與TMUX6121相似，另一個開關(guān)的邏輯則相反。此外，TMUX6123具有先斷后通（Break - Before - Make）的開關(guān)特性，適用于交叉點開關(guān)應(yīng)用。

二、TMUX612x的主要特性

1. 寬電源范圍

支持±5 V至±16.5 V的雙電源或10 V至16.5 V的單電源，這種寬電源范圍使得該系列開關(guān)在不同電源配置下都能穩(wěn)定工作，為設(shè)計者提供了很大的靈活性。

2. 低功耗特性

• 低漏電流：輸入漏電流低至0.5 pA，極低的漏電流可以有效減少信號的損耗和干擾，提高系統(tǒng)的精度。
• 低電荷注入：電荷注入低至0.51 pC，這一特性對于高精度測量應(yīng)用尤為重要，能夠減少采樣誤差。
• 低電源電流：僅為16 μA，適合用于便攜式應(yīng)用，延長設(shè)備的電池續(xù)航時間。

3. 快速開關(guān)速度

開關(guān)開啟時間僅需68 ns，能夠快速響應(yīng)控制信號，實現(xiàn)高速的信號切換。

4. 良好的ESD保護(hù)

人體模型（HBM）靜電放電（ESD）保護(hù)在所有引腳上達(dá)到±2 kV，增強了器件的抗干擾能力和可靠性。

5. 低導(dǎo)通電阻和電容

導(dǎo)通電阻低至120 Ω，導(dǎo)通電容僅為4.2 pF，能夠減少信號傳輸過程中的衰減和失真。

三、TMUX612x的應(yīng)用領(lǐng)域

1. 工業(yè)自動化和過程控制

在工廠自動化和工業(yè)過程控制中，需要精確地切換信號以實現(xiàn)對各種設(shè)備的控制。TMUX612x的高精度和高可靠性使其能夠很好地滿足這些需求，例如在可編程邏輯控制器（PLC）和模擬輸入模塊中。

2. 測試測量設(shè)備

在自動測試設(shè)備（ATE）和數(shù)字萬用表中，對信號的精度和穩(wěn)定性要求很高。TMUX612x的低漏電流和低電荷注入特性可以有效減少測量誤差，提高測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3. 電池監(jiān)測系統(tǒng)

由于其低電源電流和寬電源范圍，TMUX612x適合用于電池監(jiān)測系統(tǒng)，能夠在不消耗過多電量的情況下準(zhǔn)確地采集電池的各種參數(shù)。

四、技術(shù)參數(shù)

1. 絕對最大額定值

了解器件的絕對最大額定值對于確保其安全工作至關(guān)重要。例如，VDD至VSS的最大電壓為36 V，環(huán)境溫度范圍為 - 55°C至140°C等。在設(shè)計過程中，必須確保器件的工作條件在這些額定值范圍內(nèi)，否則可能會導(dǎo)致器件永久性損壞。

2. ESD和熱信息

• ESD保護(hù)：HBM ESD保護(hù)為±2000 V，帶電設(shè)備模型（CDM）ESD保護(hù)為±500 V，這表明器件具有較好的抗靜電能力。
• 熱性能：結(jié)到環(huán)境的熱阻為180.7 °C/W等，在設(shè)計散熱方案時需要考慮這些熱參數(shù)，以確保器件在正常工作溫度范圍內(nèi)。

3. 電氣和開關(guān)特性

• 電氣特性：在雙電源（±15 V）和單電源（12 V）條件下，分別給出了導(dǎo)通電阻、漏電流等參數(shù)。例如，在雙電源±15 V、TA = 25°C時，導(dǎo)通電阻典型值為120 Ω，最大為135 Ω。
• 開關(guān)特性：包括開關(guān)開啟和關(guān)閉時間、先斷后通時間延遲等。如開關(guān)開啟時間在特定條件下為68 ns，這對于需要快速切換的應(yīng)用非常關(guān)鍵。

五、應(yīng)用實例：采樣保持電路

1. 設(shè)計要求

使用4通道SPST開關(guān)實現(xiàn)一個優(yōu)化的2輸出采樣保持電路，該電路需要支持高達(dá)±15 V的高電壓輸出擺幅，同時最小化基座誤差和縮短建立時間。

2. 詳細(xì)設(shè)計過程

• 基本原理：TMUX612x系列開關(guān)與電壓保持電容（CH）配合使用。當(dāng)開關(guān)SW2閉合時，對輸入電壓進(jìn)行采樣，并將保持電容充電到輸入電壓值；當(dāng)開關(guān)SW2斷開時，保持電容保持其先前的值，從而在放大器輸出（VOUT）處維持穩(wěn)定的電壓。
• 誤差控制：TMUX612x的超低電荷注入（典型值僅為0.51 pC）和超低漏電流（25°C時典型值為0.5 pA，最大值為20 pA）特性，能夠有效減少采樣誤差和電壓下降。此外，增加第二個開關(guān)SW1與SW2并聯(lián)，以及補償網(wǎng)絡(luò)（由RC和CC組成），可以進(jìn)一步減少基座誤差，降低保持時間的毛刺并改善電路的建立時間。

六、設(shè)計建議

1. 電源供應(yīng)

為了提高電源噪聲免疫力，建議在VDD和VSS引腳與地之間使用0.1 μF至10 μF的去耦電容。在雙電源或不對稱電源應(yīng)用中，應(yīng)先對VSS進(jìn)行升壓，再對VDD進(jìn)行升壓，并確保在電源升壓之前建立好接地連接。

2. PCB布局

• 對VDD和VSS引腳使用0.1 - μF的電容進(jìn)行去耦，并將其盡可能靠近引腳放置，同時要確保電容的電壓額定值足以承受VDD和VSS電源。
• 盡量縮短輸入線的長度，減少信號干擾。
• 使用實心接地平面，有助于散發(fā)熱量并降低電磁干擾（EMI）噪聲的拾取。
• 避免敏感的模擬走線與數(shù)字走線平行，如有必要，應(yīng)盡量采用垂直交叉的方式。

七、總結(jié)

TMUX612x系列開關(guān)憑借其寬電源范圍、低功耗、快速開關(guān)速度、良好的ESD保護(hù)以及高精度等特性，成為了工業(yè)應(yīng)用中高精度、高性能模擬多路復(fù)用器的理想選擇。在采樣保持電路等應(yīng)用中，能夠充分發(fā)揮其優(yōu)勢，為電子工程師提供可靠的信號切換解決方案。在實際設(shè)計過程中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理配置電源、優(yōu)化PCB布局，以確保器件的性能得到充分發(fā)揮。你在實際項目中是否使用過類似的開關(guān)器件？在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和想法。