德州儀器TMUX1248：通用開關(guān)的卓越之選

在電子工程師的日常工作中，我們常常會遇到各種需要進行信號切換和多路選擇的場景。今天我就來和大家詳細介紹一款來自德州儀器（TI）的通用開關(guān)——TMUX1248，它在很多方面都有著出色的表現(xiàn)。

文件下載：tmux1248.pdf

一、產(chǎn)品概述

TMUX1248 是一款通用的 2:1 單刀雙擲（SPDT）開關(guān)，能夠支持 1.08V 至 5.5V 的寬工作電壓范圍。在源（Sx）和漏（D）引腳上，它可以處理從 GND 到 (V_{DD}) 的雙向模擬和數(shù)字信號。其選通引腳（SEL）的狀態(tài)控制著兩個源引腳中的哪一個與漏引腳相連。此外，該器件僅需 7nA 的低電源電流，適合用于眾多手持設(shè)備或低功耗應(yīng)用場景。

二、主要特性

2.1 軌到軌操作與雙向信號路徑

• 軌到軌操作意味著該開關(guān)的有效信號路徑輸入/輸出電壓范圍能從 GND 到 (V_{DD})，這使得它在各種不同電壓的系統(tǒng)中都能很好地工作。
  • 雙向信號路徑功能讓信號可以在源（Sx）和漏（D）引腳之間雙向傳輸，無論是模擬信號還是數(shù)字信號都能輕松應(yīng)對。

2.2 1.8V 邏輯兼容性與故障安全邏輯

• 所有邏輯輸入都具備 1.8V 邏輯兼容閾值，這就允許開關(guān)能與低電壓邏輯信號協(xié)同工作。在一些使用低邏輯電平 I/O 軌的處理器系統(tǒng)中，TMUX1248 可以直接連接，無需額外的電平轉(zhuǎn)換芯片，既節(jié)省了電路板空間，又降低了物料清單（BOM）成本。
  • 故障安全邏輯電路是一個非常實用的特性，它允許在電源引腳通電之前或控制引腳電壓高于電源引腳（最高可達 5.5V）時施加控制引腳電壓，從而保護器件免受潛在損壞。這一特性還能減少系統(tǒng)在邏輯控制引腳電源排序方面的復(fù)雜性。

2.3 低導(dǎo)通電阻與低電源電流

• 低導(dǎo)通電阻僅為 3Ω，能有效降低信號傳輸過程中的損耗，提高信號的傳輸效率。
  • 低電源電流僅 7nA，對于那些對功耗有嚴(yán)格要求的應(yīng)用，如可穿戴設(shè)備、便攜式儀器等，TMUX1248 無疑是一個很好的選擇。

2.4 先斷后通開關(guān)

先斷后通開關(guān)特性能夠防止兩個源引腳同時導(dǎo)通，避免了在開關(guān)切換過程中源信號發(fā)生短路的情況，增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

2.5 寬工作溫度范圍

-40°C 至 +125°C 的工作溫度范圍，使它可以在各種惡劣的環(huán)境條件下正常工作，無論是工業(yè)控制、汽車電子還是航空航天等領(lǐng)域，TMUX1248 都能勝任。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

TMUX1248 的適用范圍非常廣泛，涵蓋了多個領(lǐng)域：

3.1 模擬和數(shù)字信號切換

在需要對模擬或數(shù)字信號進行切換的電路中，如數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、通信設(shè)備等，可以使用 TMUX1248 來實現(xiàn)信號路徑的切換。

3.2 總線復(fù)用

在 I2C 和 SPI 等總線系統(tǒng)中，用于總線的多路復(fù)用，實現(xiàn)多個設(shè)備對總線的分時共享。

3.3 服務(wù)器與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

在機架服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)接口卡（NIC）中，可用于信號的切換和選擇，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸。

3.4 其他領(lǐng)域

還可應(yīng)用于條碼掃描儀、樓宇自動化、模擬輸入模塊、電機驅(qū)動、視頻監(jiān)控、電子銷售點、臺式電腦、家電等領(lǐng)域。

四、引腳配置與功能

TMUX1248 采用 6 引腳的 SC70 封裝，各引腳的具體功能如下：

• D（4 號引腳）：漏引腳，既可以作為輸入也可以作為輸出。
  • GND（2 號引腳）：接地引腳，為器件提供 0V 參考電位。
  • S1（3 號引腳）：源引腳 1，同樣可作為輸入或輸出。
  • S2（1 號引腳）：源引腳 2，可作為輸入或輸出。
  • SEL（6 號引腳）：選通引腳，根據(jù)真值表控制開關(guān)的狀態(tài)。
  • VDD（5 號引腳）：正電源引腳，連接電源時，需要在 (V_{DD}) 和 GND 之間連接一個 0.1μF 至 10μF 的去耦電容，以保證器件的可靠運行。

五、電氣特性

5.1 絕對最大額定值

在使用過程中，我們需要注意器件的絕對最大額定值。例如，(V_{DD}) 電源電壓范圍為 -0.5V 至 6V，邏輯控制輸入引腳電壓（SEL）范圍為 -0.5V 至 6V 等。超過這些額定值可能會導(dǎo)致器件永久性損壞。

5.2 ESD 額定值

該器件具有一定的靜電放電（ESD）保護能力，人體模型（HBM）的 ESD 額定值為 ±2000V，帶電設(shè)備模型（CDM）為 ±750V。在實際操作過程中，我們還是要采取適當(dāng)?shù)?ESD 防護措施，以確保器件的安全。

5.3 推薦工作條件

推薦的工作條件包括 (V{DD}) 電源電壓范圍為 1.08V 至 5.5V，信號路徑輸入/輸出電壓范圍為 0V 至 (V{DD})，邏輯控制輸入引腳電壓（SEL）范圍為 0V 至 5.5V，環(huán)境溫度范圍為 -40°C 至 +125°C 等。在這些條件下使用，能夠保證器件的性能和可靠性。

5.4 電氣參數(shù)

在不同的電源電壓下，TMUX1248 的各項電氣參數(shù)會有所變化。例如，在 (V{DD}=5V) 時，導(dǎo)通電阻（(R{ON})）在 25°C 時典型值為 3Ω；在 (V_{DD}=3.3V) 時，導(dǎo)通電阻在 25°C 時典型值為 4.5Ω。同時，還需要關(guān)注其他參數(shù)，如泄漏電流、開關(guān)時間、電荷注入等。

六、參數(shù)測量方法

文檔中詳細介紹了一些關(guān)鍵參數(shù)的測量方法，如導(dǎo)通電阻、關(guān)斷泄漏電流、導(dǎo)通泄漏電流、轉(zhuǎn)換時間、先斷后通時間、電荷注入、關(guān)斷隔離、串?dāng)_和帶寬等。了解這些測量方法對于我們準(zhǔn)確評估器件的性能非常有幫助。例如，導(dǎo)通電阻的測量是通過測量源（Sx）和漏（D）引腳之間的電壓和電流，然后使用公式 (R{ON}=V / I{SD}) 計算得出。

七、應(yīng)用案例——可切換運算放大器增益設(shè)置

TMUX1248 可以用于改變運算放大器的增益設(shè)置。例如，將運算放大器從單位增益設(shè)置切換到反相放大器配置。通過使用這個開關(guān)，系統(tǒng)可以實現(xiàn)可配置的增益，并且可以在同一電路板上為不同的輸入信號使用相同的架構(gòu)。

7.1 設(shè)計要求

• 輸入信號范圍為 0V 至 2.75V。
• 多路復(fù)用器電源（(V_{DD})）為 2.75V。
• 運算放大器電源（(V + / V -)）為 ±2.75V。
• 多路復(fù)用器 I/O 信號范圍為 0V 至 (V_{DD})（軌到軌）。
• 控制邏輯閾值為 1.8V 兼容（最高可達 5.5V）。

7.2 詳細設(shè)計步驟

• 該應(yīng)用展示了如何使用單個控制輸入在 -1 和 +1 的增益設(shè)置之間進行切換。如果不需要在反相和單位增益之間切換，TMUX1248 也可以用于反饋路徑中，選擇不同的反饋電阻，為可配置的信號調(diào)理提供可擴展的增益設(shè)置。
• 除了電源去耦電容外，TMUX1248 可以在沒有任何外部組件的情況下運行。建議在選通引腳添加一個下拉或上拉電阻，以確保在控制信號斷開時輸入處于已知狀態(tài)。所有輸入信號必須在 TMUX1248 的推薦工作條件范圍內(nèi)，包括信號范圍和連續(xù)電流。

八、電源與布局建議

8.1 電源建議

TMUX1248 可以在 1.08V 至 5.5V 的寬電源范圍內(nèi)工作，但不要超過絕對最大額定值。為了提高噪聲容限并防止開關(guān)噪聲從 (V{DD}) 電源傳播到其他組件，需要進行良好的電源去耦。建議使用 0.1μF 至 10μF 的電源去耦電容，從 (V{DD}) 連接到地。盡量將旁路電容靠近器件的電源引腳放置，并使用低阻抗連接。TI 推薦使用多層陶瓷芯片電容（MLCCs），因為它們具有低等效串聯(lián)電阻（ESR）和電感（ESL）特性。

8.2 布局建議

• 在 PCB 布線時，要避免 90° 拐角，因為這可能會導(dǎo)致信號反射。盡量使用最少的過孔和拐角來布線高速信號，以減少信號反射和阻抗變化。如果必須使用過孔，要增加其周圍的間隙尺寸以減小電容。
• 對 (V{DD}) 引腳使用 0.1μF 的電容進行去耦，并將其盡可能靠近引腳放置。確保電容的電壓額定值足夠承受 (V{DD}) 電源。
• 保持輸入線盡可能短，使用實心接地平面以幫助減少電磁干擾（EMI）噪聲拾取。避免將敏感的模擬走線與數(shù)字走線并行，盡可能避免交叉數(shù)字和模擬走線，必要時進行垂直交叉。

九、總結(jié)

TMUX1248 作為一款功能強大的通用開關(guān)，憑借其寬工作電壓范圍、低導(dǎo)通電阻、低功耗、1.8V 邏輯兼容性、故障安全邏輯等特性，在眾多應(yīng)用領(lǐng)域都有著出色的表現(xiàn)。電子工程師們在設(shè)計相關(guān)電路時，可以充分考慮使用 TMUX1248 來滿足系統(tǒng)的需求。同時，在使用過程中要嚴(yán)格按照推薦的工作條件和布局建議進行操作，以確保器件的性能和可靠性。大家在實際應(yīng)用中有沒有遇到過類似的開關(guān)器件呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和看法。