硬件电路设计之多路复用开关电路设计

1 简介

多路复用开关（MUX） 是个数字开关器件，也成为数据选择器。它是一种通过一根控制线来选择数据路由的组合逻辑电路，具体见下：

2 资源获取

相关的手册或者参考设计获取方式：关注公众号，回复:Switch，即可获取安装包。

3 应用场景

• 开关共享资源来节省空间

原理 ：将四个传感器和一个AD采集模块连接到多路复用开关上，通过控制S1、S2、S3、S4的导通与关闭，控制AD采集不同传感器上的数据信息。当然，这种方式也可以应用于通信领域，每个收发器均按照相同的时间间距使用总下，避免造成数据通信紊乱。

对逻辑信号 A0 和 A1 控制将哪个传感器连接到 ADC。由于传感器报告的物理特性不会随时间快速变化，因此顺序采样不会造成数据丢失的风险。其主要优点是只需使用一个 ADC 和相关电路便能处理所有四个传感器，元器件总数量得以减少，因而设计的总成本也得以降低。

• 配置选择

工控机在不同的使用场景下需要不同的配置，例如工控机在下载程序时，需要调整拨码开关，使其进入下载模式。频繁操作容易出现错误，可以通过多路复用开关去切换Download Mode和Running Mode。

电路分析

• 需要下载程序时，用户按下拨码开关，单片机通过Data Select控制工控机进入下载模式；
• 下载完成后（可以延迟固定的时间，也可以工控机通知单片机），单片机通过Data Select使其切换到Running Mode。
• 模式切换

工控机资源不够，可以通过复用的方式来满足用户的需求。

• 在线升级

之前有同时使用多路复用开关实现工控机给MCU实现程序在线升级。由于MCU在程序升级过程中可能会掉电，所以在升级程序之前通过复用开关将所有电源切换给工控机进行控制，这里就不再赘述。
4 多路复用开关电路设计

• 通用复用开关电路设计

ADG858是ADI一款通用的多路复用开关，导通时电阻时0.58Ω。应用于手机、MP3、电源系统等领域。导通电阻是一个非常关键参数，

该芯片的应用比较简单，具体控制方式见下：

• 当IN1或者IN2连接到GND时，Dx连接到SxB；
• 当IN1或者IN2连接到VCC时，Dx连接到SxA。

详见手册：

另外,TI还有一款类的功能芯片：TS3A27518ERTWR

• I2C复用开关电路设计

PCA9542A是一款二选一双向变换多路复用器，通过I²C总线进行控制。SCL/SDA上游对会扇出两个SCx/SDx下游对或通道。一次只选择一条SCx/SDx通道，由可编程控制寄存器的内容决定。提供两个中断输入1和1，每对SCx/SDx下游对各一个。提供一个中断输出1，用作两个中断输入的AND。上电复位功能会将寄存器设为其默认状态并初始化I²C总线状态机而不选择任何通道。其内部结构见下图：

多路复用器的传递门如此构造，使得VDD引脚可用于限制PCA9542A所传递的最高电压。这允许在各SCx/SDx对上使用不同的总线电压，在没有任何额外保护的情况下使1.8 V、2.5 V或3.3 V部件能够与5 V部件通信。外部上拉电阻将总线上拉至各通道想要的电压电平。所有I/O引脚均为5 V耐受。

• HDMI复用开关电路设计

此处介绍的是TS3DV642A0RUAR， 参考设计获取方式查看第二小节 。TS3DV642 是一款12通道1:2或2:1双向多路复用器 /多路解复用器。TS3DV642 可由2.6V至4.5V的电源 供电，适用于电池供电。该器件的导通电阻 (RON) 较低并且I/O电容较小，能够实现典型值高达 7.5GHz 的带宽。该器件可为 HDMI 和 DisplayPort 应用提供所需的高带宽，且兼容HDMI信号和DP信号。简化原理图见下图：

详细设计原理图见下图：

工作电压为2.6V 至 4.5V，其传输速率为

• 端口 A：典型值 6.9GHz
• 端口 B：典型值 7.5GHz
• 以太网复用开关电路设计

此处介绍芯片是MAX4890, 资料获取方式见第二小节 。这款芯片同时兼容10/100/1000以太网。

注意：这款芯片需要外置网络变压器。

• PCIE复用开关电路设计

此处介绍的芯片是PI7C9X2G304EV, 资料获取方式见第二小节 。