高速差分開(kāi)關(guān)TS3DS10224的全方位解析

在高速差分信號(hào)應(yīng)用領(lǐng)域，一款性能卓越的開(kāi)關(guān)器件往往能起到事半功倍的效果。今天，我們就來(lái)深入剖析德州儀器（TI）的TS3DS10224，一款集多種功能于一身的高速差分開(kāi)關(guān)。

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1. 產(chǎn)品概述

TS3DS10224是一款3V、雙向的差分交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)，同時(shí)還具備差分1:4、2通道差分1:2復(fù)用器和解復(fù)用器，以及扇出開(kāi)關(guān)等功能，適用于高速差分信號(hào)應(yīng)用，最高可達(dá)720Mbps。它的邏輯表可以將任何輸入路由到任何輸出，從而實(shí)現(xiàn)多種可能的開(kāi)關(guān)或復(fù)用配置。

2. 產(chǎn)品特性

2.1 多種配置模式

• 差分交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)：在簡(jiǎn)化布局時(shí)，當(dāng)走線(xiàn)需要交叉，或者在USB Type - C應(yīng)用中切換可逆連接器的上下信號(hào)時(shí)，差分交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)能發(fā)揮重要作用。
• 差分單通道1:4復(fù)用器和解復(fù)用器：可將一個(gè)輸入信號(hào)路由到四個(gè)不同的輸出。
• 差分2通道1:2復(fù)用器和解復(fù)用器：能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)通道的信號(hào)復(fù)用和解復(fù)用。
• 差分信號(hào)對(duì)扇出到兩個(gè)端口：可同時(shí)將差分信號(hào)對(duì)輸出到兩個(gè)端口，但這種配置下帶寬性能會(huì)有所降低。

2.2 雙向操作

支持雙向信號(hào)傳輸，增加了使用的靈活性。

2.3 故障保護(hù)

當(dāng)電源關(guān)閉（(V{CC}=0V)）時(shí)，(I{OFF})保護(hù)可防止電流泄漏，將信號(hào)路徑置于高阻抗?fàn)顟B(tài)，保護(hù)數(shù)據(jù)總線(xiàn)。

2.4 高性能指標(biāo)

• 高帶寬：典型帶寬為1.2GHz，能滿(mǎn)足高速信號(hào)傳輸需求。
• 低導(dǎo)通電阻和電容：典型(R{ON})為13Ω，(C{ON})為9pF，減少信號(hào)損耗。
• 良好的ESD性能：I/O引腳的接觸放電可達(dá)±8kV（IEC61000 - 4 - 2），人體模型為2kV（JESD22 - A114E），所有引腳的人體模型為2kV（JESD22 - A114E），增強(qiáng)了器件的可靠性。

2.5 小尺寸封裝

采用WQFN封裝（3.00mm × 3.00mm，0.4mm間距），節(jié)省電路板空間。

3. 應(yīng)用場(chǎng)景

• 桌面和筆記本電腦：用于內(nèi)部信號(hào)的切換和復(fù)用。
• DisplayPort輔助通道復(fù)用：實(shí)現(xiàn)DisplayPort信號(hào)的靈活分配。
• USB 2.0復(fù)用：在多個(gè)USB設(shè)備之間進(jìn)行信號(hào)切換。
• 上網(wǎng)本、電子書(shū)和平板電腦：滿(mǎn)足這些設(shè)備內(nèi)部高速信號(hào)處理的需求。

4. 詳細(xì)規(guī)格

4.1 絕對(duì)最大額定值

4.2 ESD額定值

4.3 推薦工作條件

4.4 電氣特性

不同配置下的電氣特性有所差異，例如在差分1:4或2 - 通道1:2配置和扇出1:2配置中，導(dǎo)通狀態(tài)電阻、電容等參數(shù)略有不同。在導(dǎo)通狀態(tài)電阻方面，典型值均為13Ω，但在扇出1:2配置中，導(dǎo)通電容(C_{IO(ON)})典型值為12pF，略高于其他配置的9pF。

4.5 開(kāi)關(guān)特性

在不同配置下，傳播延遲、開(kāi)關(guān)時(shí)間和時(shí)序差異等開(kāi)關(guān)特性也各有特點(diǎn)。如在差分1:4或2 - 通道1:2配置中，傳播延遲典型值為50ps，而在扇出1:2配置中為140ps。

4.6 動(dòng)態(tài)特性

不同配置下的帶寬、關(guān)斷隔離和串?dāng)_等動(dòng)態(tài)特性也存在差異。差分1:4或2 - 通道1:2配置的帶寬典型值為1.2GHz，扇出1:2配置的帶寬典型值為500MHz。

5. 引腳配置和功能

TS3DS10224采用20引腳的WQFN封裝，各引腳具有不同的功能。例如，ENA和ENB為使能引腳，低電平禁用信號(hào)路徑并使其處于高阻抗?fàn)顟B(tài)；SAI、SAO、SBI和SBO為選擇引腳，用于控制輸入和輸出的選擇。

6. 功能模式

6.1 啟用和禁用

通過(guò)設(shè)置ENA和ENB引腳的電平，可以控制信號(hào)路徑的啟用和禁用。當(dāng)兩個(gè)引腳都為低電平時(shí)，所有信號(hào)路徑都處于高阻抗?fàn)顟B(tài)。

6.2 差分交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)

通過(guò)設(shè)置選擇引腳，可以將輸入INA和INB路由到OUTA或OUTB。

6.3 2 - 通道1:2復(fù)用器

將輸入INA和INB路由到兩個(gè)不同的輸出，通過(guò)選擇引腳進(jìn)行輸出選擇。

6.4 1 - 通道1:4復(fù)用器

將輸入INA路由到四個(gè)不同的輸出，未使用的引腳INB +和INB - 需懸空。

6.5 扇出1:2配置

將輸入INA或INB同時(shí)路由到輸出A和輸出B，未使用的引腳INB +和INB - 需懸空。

7. 應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

7.1 1 - 通道差分1:4復(fù)用器

可用于USB 2.0設(shè)備的信號(hào)切換。設(shè)計(jì)時(shí)，建議將數(shù)字控制引腳SAI、SBI、SAO和SBO上拉到(V_{CC})或下拉到GND，未使用的信號(hào)路徑引腳用50Ω電阻接地以減少信號(hào)反射。

7.2 2 - 通道差分交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)

適用于USB PHY和(I^{2}C)設(shè)備之間的信號(hào)切換，設(shè)計(jì)要求與1 - 通道差分1:4復(fù)用器類(lèi)似。

7.3 扇出開(kāi)關(guān)

可用于差分時(shí)鐘信號(hào)的扇出，但帶寬性能較低，為500MHz。設(shè)計(jì)時(shí)同樣要注意控制引腳和未使用引腳的處理。

7.4 2 - 通道差分1:2 SPDT開(kāi)關(guān)

用于USB 2.0和(I^{2}C)設(shè)備的信號(hào)切換，遵循相同的設(shè)計(jì)原則。

8. 電源供應(yīng)建議

通過(guò)(V{CC})引腳為設(shè)備供電，電源電壓應(yīng)在推薦的工作電壓范圍內(nèi)。建議在(V{CC})引腳附近放置旁路電容，以平滑低頻噪聲，提供更好的負(fù)載調(diào)節(jié)。

9. 布局指南

9.1 通用原則

• 散熱焊盤(pán)可懸空或連接到接地平面。
• 電源旁路電容應(yīng)盡量靠近(V_{CC})引腳，避免靠近正負(fù)極走線(xiàn)。
• 高速正負(fù)極走線(xiàn)應(yīng)匹配，長(zhǎng)度不超過(guò)4英寸，阻抗應(yīng)與電纜特性差分阻抗匹配。
• 高速信號(hào)走線(xiàn)應(yīng)盡量減少過(guò)孔和拐角，使用過(guò)孔時(shí)增加其周?chē)拈g隙尺寸。
• 避免在晶體、振蕩器等敏感元件附近布線(xiàn)，避免高速信號(hào)走線(xiàn)上出現(xiàn)短截線(xiàn)。
• 高速信號(hào)走線(xiàn)應(yīng)在連續(xù)的接地平面上，避免跨越抗蝕層。

9.2 多層板建議

建議使用至少四層的印刷電路板，兩層信號(hào)層由接地層和電源層分隔。大部分信號(hào)走線(xiàn)應(yīng)在同一層，緊鄰接地平面。

10. 總結(jié)

TS3DS10224是一款功能強(qiáng)大、性能優(yōu)越的高速差分開(kāi)關(guān)，具有多種配置模式和良好的電氣特性，適用于多種高速差分信號(hào)應(yīng)用場(chǎng)景。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求選擇合適的配置模式，并嚴(yán)格遵循電源供應(yīng)和布局指南，以確保設(shè)備的性能和可靠性。你在使用類(lèi)似器件時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。