汽車級多路復用器TMUX13xxA - Q1：特性、應用與設計要點

在汽車電子和工業自動化等領域，對于高性能、高可靠性的信號切換和復用解決方案的需求日益增長。德州儀器（TI）的TMUX13xxA - Q1系列多路復用器，以其卓越的特性和廣泛的應用場景，成為了工程師們的理想選擇。本文將深入探討TMUX13xxA - Q1的特性、應用以及設計過程中的關鍵要點。

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一、TMUX13xxA - Q1概述

TMUX13xxA - Q1系列包含TMUX1308A - Q1和TMUX1309A - Q1兩款產品。TMUX1308A - Q1是一款8:1、單通道（單端）多路復用器，而TMUX1309A - Q1則是4:1、雙通道（差分）多路復用器。它們均為通用互補金屬氧化物半導體（CMOS）多路復用器，適用于汽車和工業等對可靠性要求極高的應用場景。

二、特性亮點

2.1 汽車級認證與寬溫范圍

該系列產品通過了AEC - Q100認證，適用于汽車應用，其環境工作溫度范圍為 - 40°C至125°C，能夠在惡劣的汽車環境中穩定工作。

2.2 注入電流控制

內部注入電流控制特性是該系列產品的一大亮點。傳統的CMOS開關在面對高于正電源（VDD + ?V）或低于地（VSS）的輸入電壓時，注入電流會通過輸入保護二極管流入電源，影響系統的準確性和可靠性。而TMUX13xxA - Q1的內部注入電流控制電路，可使禁用信號路徑上的信號超過電源電壓，而不影響啟用信號路徑的信號。這一特性消除了通常用于保護開關和保持輸入信號在電源電壓范圍內的外部二極管和電阻網絡的需求，大大簡化了設計。

2.3 雙向操作與軌到軌運行

支持雙向信號路徑，從源（Sx）到漏（Dx）或從漏（Dx）到源（Sx）的導通性能相同，可作為多路復用器和多路解復用器，支持模擬和數字信號。同時，有效的信號路徑輸入和輸出電壓范圍從GND到VDD，實現了軌到軌運行。

2.4 1.8V邏輯兼容與故障安全邏輯

所有邏輯控制輸入支持1.8V邏輯兼容控制，即使在5.5V電源電壓下工作，也能提供1.8V邏輯控制，可與低邏輯I/O軌的處理器直接接口，節省空間和物料清單（BOM）成本。此外，控制輸入引腳（EN、A0、A1和A2）具有故障安全邏輯，允許在電源引腳狀態不確定的情況下，邏輯引腳工作電壓最高可達5.5V，保護設備免受潛在損壞，減少了系統對電源時序的要求。

2.5 高阻抗負載優化

在高阻抗負載應用中，TMUX13xxA - Q1表現出色。當開關輸入連接到高阻抗輸出時，輸入側的RC網絡會導致輸出穩定時間變長。該系列產品通過減少RC網絡，降低了電荷注入的影響，從而加快了輸出的穩定時間。

2.6 其他特性

還具備快速穩定時間、低導通電容、短路到電池保護、靜電放電（ESD）保護等特性，進一步提高了產品的可靠性和適用性。

三、應用場景

3.1 汽車電子

在汽車領域，TMUX13xxA - Q1可用于車身控制模塊（BCM）、電池管理系統（BMS）、HVAC控制模塊、汽車頭單元和遠程信息處理等。例如，在BCM中，可用于復用各種物理開關，減少GPIO或ADC輸入的數量，簡化系統設計。

3.2 工業自動化

在工業自動化系統中，可用于模擬和數字信號的復用和解復用、診斷和監控等應用。特別是在惡劣環境和長電纜應用中，其注入電流控制特性可有效抵御開關或瞬態事件引起的注入電流。

四、設計要點

4.1 電源供應

TMUX1308A - Q1和TMUX1309A - Q1的工作電源范圍為1.62V至5.5V，但需注意不要超過絕對最大額定值。為了提高噪聲容限和防止開關噪聲傳播，建議使用0.1μF至10μF的電源去耦電容，將其盡可能靠近設備的電源引腳，并采用低阻抗連接。推薦使用多層陶瓷片式電容器（MLCC），對于對噪聲敏感的系統，避免使用過孔連接電容器到設備引腳，可提高噪聲免疫力。

4.2 PCB布局

• 走線拐角處理：PCB走線在90°拐角處會發生反射，應盡量采用圓角或45°角走線，以保持走線寬度恒定，減少反射。
• 高速信號布線：高速信號應盡量減少過孔和拐角的使用，增加過孔周圍的間隙尺寸，以減少電容。設計測試點時，應避免在高頻下使用通孔引腳。
• 電源和信號隔離：將VDD引腳用0.1μF電容去耦，盡量縮短輸入線長度，使用實心接地平面減少電磁干擾（EMI）噪聲拾取。避免敏感模擬走線與數字走線并行，必要時采用垂直交叉。

4.3 注入電流控制設計

在設計過程中，需考慮注入電流的影響。當輸入信號電壓高于VDD或低于GND時，注入電流控制電路將啟動。為了確保設備安全，需使用串聯限流電阻將注入設備的總電流限制在100mA以內。在不同的工作場景下，如通道未選中且輸入信號大于VDD、通道選中且輸入信號大于VDD、設備未供電但輸入信號有電壓等，注入電流控制電路的工作方式有所不同，需根據具體情況進行設計。

4.4 短路到電池保護設計

在汽車應用中，短路到電池是一個需要重點考慮的問題。通過合理選擇限流電阻（RLIM），可以在短路到電池的情況下保護設備。不同的電池電壓（VBAT）對應不同的RLIM值，需根據實際情況進行計算和選擇。

五、總結

TMUX13xxA - Q1系列多路復用器以其豐富的特性和廣泛的應用場景，為汽車和工業等領域的信號切換和復用提供了高性能、高可靠性的解決方案。在設計過程中，工程師們需要充分考慮電源供應、PCB布局、注入電流控制和短路到電池保護等關鍵要點，以確保系統的穩定性和可靠性。你在使用TMUX13xxA - Q1過程中遇到過哪些挑戰呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。