深度解析TMUX111x系列精密開關：特性、應用與設計要點

引言

在電子工程師的日常設計工作中，開關和多路復用器是不可或缺的元件。它們在信號切換、隔離和增益控制等方面發揮著關鍵作用。今天，我們將深入探討德州儀器（Texas Instruments）的TMUX111x系列，包括TMUX1111、TMUX1112和TMUX1113三款精密互補金屬 - 氧化物半導體（CMOS）器件。這三款器件具有獨特的性能特點，適用于多種應用場景。

文件下載：tmux1113.pdf

產品概述

TMUX111x系列是具有四個獨立可選的1:1單刀單擲（SPST）開關的精密CMOS器件。其寬工作電源范圍為1.08V至5.5V，這使得它們能夠在從醫療設備到工業系統等廣泛的應用中使用。該系列器件支持源（Sx）和漏（Dx）引腳上從GND到VDD的雙向模擬和數字信號。

產品對比

特性亮點

電氣特性

1. 寬電源范圍：1.08V至5.5V的寬電源范圍，使器件能適應不同的電源環境，增加了設計的靈活性。
2. 低泄漏電流：僅3pA的低泄漏電流，在高精度測量應用中能有效減少誤差，提高測量精度。
3. 低電荷注入： - 1.5pC的低電荷注入，可降低開關切換時的電荷轉移，減少采樣誤差。
4. 低導通電阻：2Ω的低導通電阻，能降低信號傳輸過程中的損耗，提高信號質量。
5. 寬工作溫度范圍： - 40°C至 + 125°C的工作溫度范圍，適用于各種惡劣的工業和戶外環境。
6. 1.8V邏輯兼容：支持1.8V邏輯輸入，可與低電壓處理器直接接口，無需額外的電平轉換電路，節省空間和成本。
7. 故障安全邏輯：控制輸入引腳支持故障安全邏輯，允許在電源引腳之前施加控制引腳電壓，保護器件免受潛在損壞，減少系統復雜性。
8. 軌到軌操作：信號路徑輸入/輸出電壓范圍從GND到VDD，能充分利用電源電壓，提高信號處理能力。
9. 雙向信號路徑：支持雙向信號傳輸，每個通道在兩個方向上具有相似的特性，可處理模擬和數字信號。
10. 先斷后通切換：TMUX1113具有先斷后通切換功能，適用于交叉點切換應用，避免信號干擾。
11. ESD保護：人體模型（HBM）2000V的靜電放電保護，提高了器件的可靠性和抗干擾能力。

典型特性曲線

文檔中給出了多個典型特性曲線，如導通電阻與源或漏電壓、溫度的關系，泄漏電流與溫度、源或漏電壓的關系，電荷注入與源電壓的關系等。這些曲線能幫助工程師更好地了解器件在不同工作條件下的性能表現，為設計提供參考。

應用領域

TMUX111x系列的特性使其適用于多種應用場景，以下是一些典型應用：

采樣保持電路

采樣保持電路常用于模數轉換器（ADC）中，以提高采樣的可靠性和穩定性。TMUX111x的低電荷注入特性可減少采樣誤差，其低導通電阻和低泄漏電流能保證信號的準確傳輸。在設計采樣保持電路時，可使用一個可選的運算放大器來緩沖DAC輸出，以避免驅動電容性負載時的穩定性問題。

反饋增益切換

在放大器電路的反饋路徑中，開關和多路復用器用于提供可配置的增益控制。TMUX111x可通過不同的電阻值實現多個增益設置。其低泄漏電流和低電容特性有助于提高系統的穩定性和精度。

信號隔離

在需要對信號進行隔離的應用中，TMUX111x可作為信號隔離開關，確保信號的獨立性和安全性。

其他應用

還可應用于現場變送器、可編程邏輯控制器（PLC）、工廠自動化和控制、超聲掃描儀、患者監測和診斷、心電圖（ECG）、數據采集系統（DAQ）、ATE測試設備、電池測試設備、實驗室儀器、智能電表、光網絡和光測試設備等領域。

設計要點

電源供應

TMUX111x的工作電源范圍為1.08V至5.5V，但在使用時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，建議使用電源去耦電容，將其放置在靠近器件電源引腳的位置，并使用低阻抗連接。TI推薦使用多層陶瓷片式電容器（MLCC）進行電源去耦。

布局設計

1. 走線拐角：PCB走線拐角應盡量避免90°角，可采用圓角或45°角，以減少反射和阻抗變化。
2. 高速信號走線：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以減小電容。
3. 測試點設計：在高頻設計中，應避免使用通孔引腳作為測試點。
4. 電源和接地：使用寬走線為電源供電，以降低電感；使用實心接地平面可減少電磁干擾（EMI）噪聲拾取。
5. 模擬和數字走線：敏感的模擬走線應避免與數字走線平行，必要時應垂直交叉。

總結

TMUX111x系列精密開關以其獨特的特性和廣泛的應用領域，為電子工程師提供了一個優秀的選擇。在設計過程中，充分了解器件的特性和應用要求，合理進行電源供應和布局設計，能夠充分發揮其性能優勢，提高系統的可靠性和穩定性。希望本文能為工程師們在使用TMUX111x系列器件時提供有價值的參考。你在使用這類開關時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。