Texas Instruments TMUX722x 1:1（SPST）双通道精密开关技术解析

Texas Instrument TMUX722x 1:1（SPST）双通道精密开关是具有闩锁效应抑制特性的互补金属氧化物半导体（CMOS）开关，采用双通道1:1（SPST）配置。这些器件搭配单电源（4.5V至44V）、双电源（±4.5V至±22V）或非对称电源（例如VDD = 12V、VSS = -5V）工作。TMUX722x可在源极引脚(Sx)和漏极引脚(D)上支持VSS 至VDD 范围的双向模拟和数字信号。

数据手册：*附件：Texas Instruments TMUX722x 1比1（SPST）双通道精密开关数据手册.pdf

TMUX722x可以通过控制SEL引脚并打开信号路径1（S1至D1）或信号路径2（S2至D2）来启用或禁用。所有逻辑控制输入均支持1.8V至VDD 逻辑电平，当在有效电源电压范围内运行时，可实现TTL和CMOS逻辑兼容性。失效防护逻辑电路允许先在控制引脚上施加电压，然后在电源引脚上施加电压，从而保护器件免受潜在的损害。

Texas Instruments TMUX72xx系列具有闩锁效应抑制特性，可防止器件内寄生结构之间通常由过压事件引起的大电流不良事件。闩锁状况通常会一直持续到电源轨关闭为止，并可能导致器件故障。TMUX72xx系列开关和多路复用器具有防闩锁特性，可用于恶劣环境。

特性

• 闭锁抑制
• ±4.5V至±22V双电源范围
• 单电源电压范围：4.5V至44V
• 低导通电阻：2.1 Ω
• 工作温度范围：-40 °C至++125 °C
• 1.8 V逻辑兼容
• 逻辑引脚上集成下拉电阻
• 失效防护逻辑
• 轨到轨运行
• 双向工作

功能框图

德州仪器TMUX722x精密开关技术解析

核心特性

1. 电源灵活性

• ‌宽电源范围‌：支持±4.5V至±22V双电源或4.5V至44V单电源工作
• ‌非对称供电‌：支持非对称电源配置(如VDD=12V，VSS=-5V)
• ‌低导通电阻‌：典型值仅2.1Ω(±15V供电时)

2. 电气保护

• ‌锁存免疫‌：采用特殊工艺防止过压事件导致的锁存效应
• ‌失效安全逻辑‌：控制引脚电压可先于电源引脚施加(最高44V)
• ‌ESD保护‌：2000V HBM和500V CDM等级

3. 信号完整性

• ‌双向传输‌：支持VSS至VDD范围内的双向模拟/数字信号
• ‌轨到轨操作‌：信号路径支持从VSS到VDD的全范围传输
• ‌超低电荷注入‌：典型值仅0.19pC(±15V供电时)

技术架构

1. 开关矩阵设计

TMUX722x采用互补金属氧化物半导体(CMOS)传输门拓扑结构，每个通道包含并联的NMOS和PMOS晶体管，确保：

• 低导通电阻平坦度(±15V时典型0.5Ω)
• 优异的线性度(THD+N <0.0005%)
• 宽带宽(典型45MHz)

2. 控制逻辑

• ‌1.8V逻辑兼容‌：所有控制输入支持1.8V至VDD逻辑电平
• ‌集成下拉电阻‌：约4MΩ内部下拉电阻防止引脚浮空
• ‌快速切换‌：典型开启时间145ns(±15V供电)

3. 保护机制

• ‌过压保护‌：电源引脚二极管箝位至电源轨
• ‌热管理‌：
  • θJA=154.3°C/W(VSSOP封装)
  • 最高结温150℃
• ‌电流限制‌：连续电流380mA(25℃时)

关键参数对比

参数	TMUX7221	TMUX7222	单位
导通电阻@25℃	2.1	2.1	Ω
电荷注入	±0.19	±0.19	pC
关断隔离@1MHz	-50	-50	dB
串扰@1MHz	-93	-93	dB
静态电流	3.5	3.5	μA

典型应用设计

1. 可编程增益放大器(PGA)

‌设计要点‌：

• 在运放反馈路径配置不同阻值
• 选择开关时重点考虑：
  • 导通电阻平坦度(影响增益精度)
  • 电荷注入(导致输出电压偏移)
  • 关断泄漏电流(影响高阻抗节点)

‌典型配置‌：

1. 反馈电阻网络：1kΩ、2kΩ、5kΩ
2. 开关控制逻辑：1.8V MCU直接驱动
3. 电源配置：±15V双电源

2. 信号路由系统

‌布局指南‌：

1. ‌电源去耦‌：
   • 每电源引脚配置0.1μF+1μF MLCC
   • 尽量靠近器件放置
2. ‌信号走线‌：
   • 避免90°转角(采用45°或圆弧转角)
   • 敏感信号远离数字线路
3. ‌接地设计‌：
   • 使用完整地平面
   • 多via并联降低电感

3. 高电压切换

‌安全设计‌：

1. 确保信号不超过VSS-VDD范围
2. 连续电流不超过温度降额曲线
3. 考虑开关瞬态引起的信号扰动

选型建议

1. 版本选择

• ‌TMUX7221‌：SELx=1时通道导通(常开型)
• ‌TMUX7222‌：SELx=0时通道导通(常闭型)

2. 热设计

• 顶部散热：θJC(top)=52.9°C/W
• PCB优化：
  • 使用3oz铜厚
  • 增加散热过孔阵列
  • 最大化接地铜面积

3. 替代方案

对于更高通道数需求，可考虑：

• TMUX7219：4通道SPST开关
• TMUX7308F：8通道多路复用器

行业应用

1. ‌医疗设备‌：
   • 超声扫描仪信号路由
   • 患者监护模拟前端
2. ‌工业自动化‌：
   • PLC模拟输入模块
   • 工厂控制信号切换
3. ‌测试测量‌：
   • 有源示波器探头
   • 半导体测试接口
4. ‌通信系统‌：
   • 光网络信号分配
   • 基站射频路径切换

设计资源

TI提供完整开发支持：

• ‌参考设计‌：TIDA-020031(精密测量系统)
• ‌仿真模型‌：PSpice和IBIS模型
• ‌计算工具‌：导通电阻计算器
• ‌应用笔记‌：
  • 《1.8V逻辑多路复用器设计简化》
  • 《高电压模拟开关的系统级保护》

技术趋势

随着工业4.0发展，TMUX722x代表的精密开关技术将推动：

1. 更高精度测量系统(24位ADC前端)
2. 模块化仪器设计
3. 多通道系统集成
4. 恶劣环境下的可靠运行

设计人员应特别注意电源去耦和信号完整性布局，以充分发挥器件性能。TI创新的锁存免疫架构和失效安全逻辑，为工业应用提供了可靠的信号路径解决方案。