探索TMUX611x系列：高精度、低功耗模擬開關(guān)的卓越之選

引言

在電子設(shè)備和工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，模擬開關(guān)是信號(hào)路由和電路控制的關(guān)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(guān)，在精度、低功耗和可靠性方面表現(xiàn)卓越。今天我們就來(lái)深入了解這一系列產(chǎn)品。

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產(chǎn)品概述

TMUX611x系列是現(xiàn)代互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）設(shè)備，具有四個(gè)獨(dú)立可選的單刀單擲（SPST）開關(guān)。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(duì)稱電源供電。所有數(shù)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(shù)字和模擬混合電路中應(yīng)用更為方便。

不同型號(hào)的TMUX611x開關(guān)控制邏輯有所不同。TMUX6111在數(shù)字控制輸入為邏輯0時(shí)打開開關(guān)，TMUX6112則需要邏輯1來(lái)打開開關(guān)，而TMUX6113有兩個(gè)開關(guān)的數(shù)字控制邏輯與TMUX6111類似，另外兩個(gè)開關(guān)的邏輯則相反，并且TMUX6113具備先斷后通切換功能。

產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

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(yīng)各種不同的電源環(huán)境，無(wú)論是工業(yè)自動(dòng)化中的高電壓系統(tǒng)，還是便攜式設(shè)備中的低電壓電源，都能穩(wěn)定工作。

低電容和低泄漏電流

• 低導(dǎo)通電容：僅4.2pF的導(dǎo)通電容，能夠有效減少信號(hào)傳輸過(guò)程中的容性負(fù)載，降低信號(hào)失真，提高信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量和速度。
• 低輸入泄漏電流：僅5pA的輸入泄漏電流，對(duì)于高阻抗信號(hào)源的處理非常有利，可減少信號(hào)的泄漏和干擾，保證信號(hào)的準(zhǔn)確性。

低電荷注入

僅0.6pC的電荷注入，能大大降低開關(guān)切換時(shí)對(duì)信號(hào)的干擾，在高精度測(cè)量和采樣保持電路中，可顯著減少采樣誤差，提高系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。

低導(dǎo)通電阻

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

快速開關(guān)時(shí)間

開啟時(shí)間僅66ns，能夠快速響應(yīng)控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)高速的信號(hào)切換，適用于對(duì)開關(guān)速度要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景。

先斷后通切換（TMUX6113）

這種切換方式可以避免在開關(guān)切換過(guò)程中出現(xiàn)信號(hào)短路的情況，提高系統(tǒng)的可靠性和安全性，特別適用于交叉點(diǎn)切換等應(yīng)用。

低電源電流

僅17μA的電源電流，功耗極低，對(duì)于需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的設(shè)備和便攜式設(shè)備來(lái)說(shuō)，能夠有效延長(zhǎng)電池的使用壽命。

ESD保護(hù)

人體模型（HBM）靜電放電（ESD）保護(hù)達(dá)到±2kV，能有效防止靜電對(duì)芯片的損壞，提高產(chǎn)品的抗干擾能力和可靠性。

多種封裝形式

提供行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的TSSOP和更小的WQFN封裝，用戶可以根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用需求和電路板空間選擇合適的封裝形式。

產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域

工廠自動(dòng)化和工業(yè)過(guò)程控制

在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中，TMUX611x系列可用于信號(hào)的切換和路由，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種傳感器和執(zhí)行器的控制。其高精度和高可靠性能夠保證工業(yè)過(guò)程的穩(wěn)定運(yùn)行。

可編程邏輯控制器（PLC）

PLC需要處理大量的模擬和數(shù)字信號(hào)，TMUX611x系列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(hào)的選擇和切換，其低導(dǎo)通電阻和低電容特性能夠減少信號(hào)的衰減和失真，提高模擬輸入的精度。

半導(dǎo)體測(cè)試設(shè)備

半導(dǎo)體測(cè)試需要高精度的信號(hào)采集和處理，TMUX611x系列的低噪聲和低干擾特性，能夠滿足半導(dǎo)體測(cè)試設(shè)備對(duì)信號(hào)質(zhì)量的嚴(yán)格要求。

電池測(cè)試設(shè)備

在電池測(cè)試過(guò)程中，需要對(duì)電池的電壓、電流等參數(shù)進(jìn)行精確測(cè)量，TMUX611x系列的低泄漏電流和低電荷注入特性，能夠減少對(duì)電池測(cè)試結(jié)果的影響，提高測(cè)試的準(zhǔn)確性。

典型應(yīng)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(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）對(duì)變化輸入電壓的采樣，以及在多輸出應(yīng)用中存儲(chǔ)數(shù)字 - 模擬轉(zhuǎn)換器（DAC）的輸出樣本。

設(shè)計(jì)要求

設(shè)計(jì)一個(gè)優(yōu)化的2輸出采樣保持電路，要求能夠支持高達(dá)±15V的高電壓輸出擺幅，同時(shí)最小化基座誤差和實(shí)現(xiàn)快速穩(wěn)定時(shí)間。

詳細(xì)設(shè)計(jì)過(guò)程

使用TMUX611x系列開關(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)閉合時(shí)，對(duì)輸入電壓進(jìn)行采樣并給保持電容充電；當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，保持電容保持其先前的值，維持放大器輸出的穩(wěn)定電壓。

TMUX611x系列開關(guān)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(shí)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(gè)并聯(lián)開關(guān)（SW1或SW4）來(lái)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，提高電路的穩(wěn)定時(shí)間。

電氣特性分析

不同電源條件下的性能

文檔中詳細(xì)給出了雙電源（±15V）和單電源（12V）條件下的電氣特性和開關(guān)特性。例如，在雙電源±15V、$T{A}=25^{circ}C$的條件下，導(dǎo)通電阻$R{ON}$在$V{S}=0V$、$I{S}=1mA$時(shí)典型值為120Ω，在$V{S}=±10V$、$I{S}=1mA$時(shí)典型值為135Ω；開啟時(shí)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(duì)性能的影響

導(dǎo)通電阻會(huì)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(dǎo)通電阻的變化趨勢(shì)不同。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的工作條件來(lái)考慮這些因素對(duì)電路性能的影響。

設(shè)計(jì)建議

電源供應(yīng)

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)0.1μF至10μF的去耦電容。在雙電源或非對(duì)稱電源應(yīng)用中，應(yīng)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(shè)計(jì)

• 去耦電容應(yīng)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(yīng)盡量短，以減少信號(hào)的衰減和干擾。
• 使用實(shí)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(shù)字走線平行，盡量減少數(shù)字和模擬走線的交叉，必要時(shí)采用垂直交叉。

總結(jié)

TMUX611x系列模擬開關(guān)以其高精度、低功耗、寬電源范圍和多種優(yōu)秀特性，成為了工業(yè)自動(dòng)化、測(cè)試設(shè)備等領(lǐng)域中模擬信號(hào)處理和控制的理想選擇。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求和工作條件，合理選擇型號(hào)，并注意電源供應(yīng)和布局設(shè)計(jì)等方面的問(wèn)題，以充分發(fā)揮TMUX611x系列的性能優(yōu)勢(shì)。各位工程師朋友在使用過(guò)程中是否遇到過(guò)類似產(chǎn)品的其他問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。