探索TMUX611x系列：高精度、低功耗模擬開關的卓越之選

引言

在電子設備和工業自動化領域，模擬開關是信號路由和電路控制的關鍵組件。德州儀器（Texas Instruments）的TMUX611x系列（TMUX6111、TMUX6112和TMUX6113）是一組高性能的模擬開關，在精度、低功耗和可靠性方面表現卓越。今天我們就來深入了解這一系列產品。

文件下載：tmux6111.pdf

產品概述

TMUX611x系列是現代互補金屬氧化物半導體（CMOS）設備，具有四個獨立可選的單刀單擲（SPST）開關。其工作電壓范圍寬泛，既支持雙電源（±5V至±17V），也能采用單電源（10V至17V）或非對稱電源供電。所有數字輸入都具備晶體管 - 晶體管邏輯（TTL）兼容閾值，確保了與TTL/CMOS邏輯的兼容性，這使得在各類數字和模擬混合電路中應用更為方便。

不同型號的TMUX611x開關控制邏輯有所不同。TMUX6111在數字控制輸入為邏輯0時打開開關，TMUX6112則需要邏輯1來打開開關，而TMUX6113有兩個開關的數字控制邏輯與TMUX6111類似，另外兩個開關的邏輯則相反，并且TMUX6113具備先斷后通切換功能。

產品特性亮點

寬電源范圍

支持雙電源（±5V至±17V）和單電源（10V至17V）供電，這種靈活性使得TMUX611x系列能夠適應各種不同的電源環境，無論是工業自動化中的高電壓系統，還是便攜式設備中的低電壓電源，都能穩定工作。

低電容和低泄漏電流

• 低導通電容：僅4.2pF的導通電容，能夠有效減少信號傳輸過程中的容性負載，降低信號失真，提高信號傳輸的質量和速度。
• 低輸入泄漏電流：僅5pA的輸入泄漏電流，對于高阻抗信號源的處理非常有利，可減少信號的泄漏和干擾，保證信號的準確性。

低電荷注入

僅0.6pC的電荷注入，能大大降低開關切換時對信號的干擾，在高精度測量和采樣保持電路中，可顯著減少采樣誤差，提高系統的精度和穩定性。

低導通電阻

典型導通電阻為120Ω，且導通電阻隨輸入電壓和電源電壓的變化相對較小，能有效降低信號傳輸過程中的功率損耗，提高信號傳輸效率。

快速開關時間

開啟時間僅66ns，能夠快速響應控制信號，實現高速的信號切換，適用于對開關速度要求較高的應用場景。

先斷后通切換（TMUX6113）

這種切換方式可以避免在開關切換過程中出現信號短路的情況，提高系統的可靠性和安全性，特別適用于交叉點切換等應用。

低電源電流

僅17μA的電源電流，功耗極低，對于需要長時間運行的設備和便攜式設備來說，能夠有效延長電池的使用壽命。

ESD保護

人體模型（HBM）靜電放電（ESD）保護達到±2kV，能有效防止靜電對芯片的損壞，提高產品的抗干擾能力和可靠性。

多種封裝形式

提供行業標準的TSSOP和更小的WQFN封裝，用戶可以根據實際的應用需求和電路板空間選擇合適的封裝形式。

產品應用領域

工廠自動化和工業過程控制

在工業自動化系統中，TMUX611x系列可用于信號的切換和路由，實現對各種傳感器和執行器的控制。其高精度和高可靠性能夠保證工業過程的穩定運行。

可編程邏輯控制器（PLC）

PLC需要處理大量的模擬和數字信號，TMUX611x系列的低泄漏電流和低電荷注入特性，能夠確保信號的準確采集和處理，提高PLC的性能。

模擬輸入模塊

在模擬輸入模塊中，TMUX611x系列可用于多路信號的選擇和切換，其低導通電阻和低電容特性能夠減少信號的衰減和失真，提高模擬輸入的精度。

半導體測試設備

半導體測試需要高精度的信號采集和處理，TMUX611x系列的低噪聲和低干擾特性，能夠滿足半導體測試設備對信號質量的嚴格要求。

電池測試設備

在電池測試過程中，需要對電池的電壓、電流等參數進行精確測量，TMUX611x系列的低泄漏電流和低電荷注入特性，能夠減少對電池測試結果的影響，提高測試的準確性。

典型應用案例 - 采樣保持電路

采樣保持電路是一種常用的模擬電路，可用于模擬 - 數字轉換器（ADC）對變化輸入電壓的采樣，以及在多輸出應用中存儲數字 - 模擬轉換器（DAC）的輸出樣本。

設計要求

設計一個優化的2輸出采樣保持電路，要求能夠支持高達±15V的高電壓輸出擺幅，同時最小化基座誤差和實現快速穩定時間。

詳細設計過程

使用TMUX611x系列開關與電壓保持電容（$C_{H}$）配合實現采樣保持電路。當開關閉合時，對輸入電壓進行采樣并給保持電容充電；當開關斷開時，保持電容保持其先前的值，維持放大器輸出的穩定電壓。

TMUX611x系列開關的低電荷注入（僅0.6pC）特性，能有效減少采樣誤差；超低的泄漏電流（25°C時典型值為1pA，最大值為20pA）可降低保持電容上電壓的下降速度。此外，還增加了一個并聯開關（SW1或SW4）來減少開關切換時的基座誤差，并添加了由$R{C}$和$C{C}$組成的補償網絡，進一步降低基座誤差，減少保持時間的毛刺，提高電路的穩定時間。

電氣特性分析

不同電源條件下的性能

文檔中詳細給出了雙電源（±15V）和單電源（12V）條件下的電氣特性和開關特性。例如，在雙電源±15V、$T{A}=25^{circ}C$的條件下，導通電阻$R{ON}$在$V{S}=0V$、$I{S}=1mA$時典型值為120Ω，在$V{S}=±10V$、$I{S}=1mA$時典型值為135Ω；開啟時間$t{ON}$在$V{S}=±10V$、$R{L}=300Ω$、$C{L}=35pF$的條件下典型值為66ns。

溫度和電壓對性能的影響

導通電阻會隨輸入電壓和溫度的變化而變化。從典型特性曲線可以看出，在不同的電源電壓和溫度條件下，導通電阻的變化趨勢不同。在實際應用中，需要根據具體的工作條件來考慮這些因素對電路性能的影響。

設計建議

電源供應

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0.1μF至10μF的去耦電容。在雙電源或非對稱電源應用中，應先給$V{SS}$上電，再給$V{DD}$上電，并確保在電源上電前建立好接地連接。

布局設計

• 去耦電容應盡量靠近$V{DD}$和$V{SS}$引腳，以減小電源噪聲的影響。
• 輸入線應盡量短，以減少信號的衰減和干擾。
• 使用實心接地平面，有助于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字走線平行，盡量減少數字和模擬走線的交叉，必要時采用垂直交叉。

總結

TMUX611x系列模擬開關以其高精度、低功耗、寬電源范圍和多種優秀特性，成為了工業自動化、測試設備等領域中模擬信號處理和控制的理想選擇。在實際設計中，我們需要根據具體的應用需求和工作條件，合理選擇型號，并注意電源供應和布局設計等方面的問題，以充分發揮TMUX611x系列的性能優勢。各位工程師朋友在使用過程中是否遇到過類似產品的其他問題呢？歡迎在評論區分享交流。