探索TMUX612x系列：高精度雙路SPST開關(guān)的卓越性能與應(yīng)用

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)工作中，選擇合適的開關(guān)器件至關(guān)重要。今天，我們就來深入了解一下德州儀器（TI）的TMUX6121、TMUX6122和TMUX6123這三款高精度雙路單刀單擲（SPST）開關(guān)。它們?cè)?a href="http://www.brongaenegriffin.com/v/tag/633/" target="_blank">工業(yè)自動(dòng)化、測(cè)試設(shè)備等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，下面我們就從多個(gè)方面來剖析它們的特性和優(yōu)勢(shì)。

文件下載：tmux6122.pdf

一、產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

1. 寬電源范圍

TMUX612x系列支持多種電源模式，雙電源范圍為±5 V至±16.5 V，單電源范圍為10 V至16.5 V，甚至還能適應(yīng)不對(duì)稱電源，如(V{DD}=12 V)和(V{SS}=-5 V)。這種寬電源范圍的設(shè)計(jì)，使得它們?cè)诓煌碾娫喘h(huán)境下都能穩(wěn)定工作，大大提高了產(chǎn)品的適用性。

2. 低電容與低泄漏電流

低導(dǎo)通電容僅為4.2 pF，低輸入泄漏電流為0.5 pA，低電荷注入為0.51 pC。這些特性使得該系列開關(guān)在處理微弱信號(hào)時(shí)，能夠有效減少信號(hào)的失真和干擾，保證信號(hào)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

3. 低導(dǎo)通電阻與快速開關(guān)時(shí)間

導(dǎo)通電阻低至120 Ω，開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間僅為68 ns。低導(dǎo)通電阻可以降低信號(hào)傳輸過程中的損耗，而快速的開關(guān)時(shí)間則能夠滿足高速信號(hào)切換的需求，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

4. 靜電放電（ESD）保護(hù)

所有引腳都具備±2 kV的人體模型（HBM）ESD保護(hù)，這增強(qiáng)了產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用中的可靠性，減少了因靜電放電而導(dǎo)致的器件損壞風(fēng)險(xiǎn)。

二、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

TMUX612x系列憑借其出色的性能，在多個(gè)領(lǐng)域都有出色的表現(xiàn)：

• 工廠自動(dòng)化與工業(yè)過程控制：在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中，需要對(duì)各種模擬信號(hào)進(jìn)行精確的切換和控制。TMUX612x的低泄漏電流和低電荷注入特性，能夠確保信號(hào)的準(zhǔn)確傳輸，提高系統(tǒng)的控制精度。
• 可編程邏輯控制器（PLC）：PLC作為工業(yè)自動(dòng)化的核心設(shè)備，對(duì)輸入輸出信號(hào)的處理要求很高。TMUX612x的寬電源范圍和低導(dǎo)通電阻，能夠滿足PLC在不同電源環(huán)境下的工作需求，同時(shí)降低信號(hào)傳輸?shù)膿p耗。
• ATE測(cè)試設(shè)備：在自動(dòng)測(cè)試設(shè)備中，需要對(duì)多種信號(hào)進(jìn)行快速切換和測(cè)量。TMUX612x的快速開關(guān)時(shí)間和低電容特性，能夠提高測(cè)試設(shè)備的響應(yīng)速度和測(cè)量精度。

三、詳細(xì)技術(shù)解析

1. 工作原理與邏輯控制

TMUX6121、TMUX6122和TMUX6123都是基于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）技術(shù)的器件，每個(gè)通道都有獨(dú)立的單刀單擲開關(guān)。它們的開關(guān)狀態(tài)由對(duì)應(yīng)的SELx引腳控制，SELx引腳通過內(nèi)部6 MΩ的電阻弱下拉，確保在通電時(shí)開關(guān)處于確定的狀態(tài)。不同的是，TMUX6121的開關(guān)在數(shù)字控制輸入為邏輯1時(shí)導(dǎo)通，TMUX6122則相反，而TMUX6123的一個(gè)開關(guān)與TMUX6121邏輯相同，另一個(gè)開關(guān)邏輯反轉(zhuǎn)。

2. 關(guān)鍵參數(shù)測(cè)量

• 導(dǎo)通電阻（(R_{ON})）：導(dǎo)通電阻是衡量開關(guān)性能的重要參數(shù)之一，它表示開關(guān)導(dǎo)通時(shí)源極（Sx）和漏極（Dx）之間的電阻。測(cè)量時(shí)，通過測(cè)量電壓（V）和電流（(I{CH})），然后根據(jù)公式(R{ON}=V / I_{CH})計(jì)算得出。導(dǎo)通電阻會(huì)隨著輸入電壓和電源電壓的變化而變化。
• 關(guān)斷泄漏電流：包括源極關(guān)斷泄漏電流（(I{S(OFF)})）和漏極關(guān)斷泄漏電流（(I{D(OFF)})），分別表示開關(guān)關(guān)斷時(shí)源極和漏極的泄漏電流。這些泄漏電流會(huì)影響信號(hào)的準(zhǔn)確性，因此越低越好。
• 導(dǎo)通泄漏電流（(I_{D(ON)})）：指開關(guān)導(dǎo)通時(shí)漏極的泄漏電流，測(cè)量時(shí)源極處于浮空狀態(tài)。

3. 開關(guān)特性

• 開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間（(t_{ON})）：指SELx信號(hào)上升（常開開關(guān)）或下降（常閉開關(guān)）到50%最終值后，輸出上升到90%最終值所需的時(shí)間。
• 開關(guān)關(guān)斷時(shí)間（(t_{OFF})）：指SELx信號(hào)下降（常開開關(guān)）或上升（常閉開關(guān)）到50%初始值后，輸出下降到10%初始值所需的時(shí)間。
• 先斷后通延遲（(t_{BBM})）：這是TMUX6123的一個(gè)安全特性，在開關(guān)切換時(shí)，先斷開當(dāng)前連接，再建立新的連接，避免了信號(hào)的短路和干擾。

四、應(yīng)用案例分析 - 采樣保持電路

1. 設(shè)計(jì)要求

在設(shè)計(jì)一個(gè)高精度的2輸出采樣保持電路時(shí)，需要使用一個(gè)4通道SPST開關(guān)。該電路要能夠支持高達(dá)±15 V的高電壓輸出擺幅，同時(shí)要盡量減少基座誤差和縮短建立時(shí)間。

2. 詳細(xì)設(shè)計(jì)過程

使用TMUX6121、TMUX6122或TMUX6123開關(guān)與電壓保持電容（(C{H})）配合實(shí)現(xiàn)采樣保持電路。當(dāng)開關(guān)SW2閉合時(shí)，對(duì)輸入電壓進(jìn)行采樣，并將保持電容（(C{H})）充電到輸入電壓值；當(dāng)開關(guān)SW2斷開時(shí)，保持電容（(C_{H})）保持其之前的值，從而在放大器輸出端（VOUT）維持穩(wěn)定的電壓。

由于TMUX612x系列開關(guān)具有出色的電荷注入性能（僅0.51 pC），能夠有效減少采樣誤差。同時(shí)，其超低的泄漏電流也能減少保持電容上的電壓下降，提高電路的穩(wěn)定性。此外，還增加了第二個(gè)開關(guān)SW1與SW2并聯(lián)，以減少開關(guān)切換時(shí)的基座誤差，并添加了由(R{C})和(C{C})組成的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步降低基座誤差，減少保持時(shí)間的毛刺，提高電路的建立時(shí)間。

五、電源與布局建議

1. 電源建議

為了提高電源的抗噪聲能力，建議在(V{DD})和(V{SS})引腳與地之間連接一個(gè)0.1 μF至10 μF的去耦電容。在雙電源或不對(duì)稱電源應(yīng)用中，應(yīng)先對(duì)(V{SS})進(jìn)行上電，再對(duì)(V{DD})進(jìn)行上電，并確保在電源上電之前先建立好接地（GND）連接。

2. 布局指南

在PCB布局時(shí)，要將(V{DD})和(V{SS})引腳用0.1-μF的電容進(jìn)行去耦，并將電容盡可能靠近引腳放置，同時(shí)要確保電容的耐壓值足夠。輸入線應(yīng)盡量短，使用實(shí)心接地平面來幫助散熱和減少電磁干擾（EMI）噪聲的拾取。避免敏感的模擬走線與數(shù)字走線平行，必要時(shí)應(yīng)垂直交叉。

六、總結(jié)

TMUX612x系列開關(guān)以其寬電源范圍、低電容、低泄漏電流、低導(dǎo)通電阻和快速開關(guān)時(shí)間等特性，為電子工程師在設(shè)計(jì)高精度、高可靠性的電路時(shí)提供了一個(gè)優(yōu)秀的選擇。無論是在工業(yè)自動(dòng)化、測(cè)試設(shè)備還是其他領(lǐng)域，它們都能夠發(fā)揮出卓越的性能。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的設(shè)計(jì)要求，合理選擇電源和布局，以充分發(fā)揮TMUX612x系列開關(guān)的優(yōu)勢(shì)。

作為電子工程師，你在使用類似開關(guān)器件時(shí)遇到過哪些問題呢？你認(rèn)為TMUX612x系列開關(guān)在你的項(xiàng)目中會(huì)有怎樣的表現(xiàn)？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和看法。