德州仪器TMUX1248：通用开关的卓越之选

在电子工程师的日常工作中，我们常常会遇到各种需要进行信号切换和多路选择的场景。今天我就来和大家详细介绍一款来自德州仪器（TI）的通用开关——TMUX1248，它在很多方面都有着出色的表现。

文件下载：tmux1248.pdf

一、产品概述

TMUX1248 是一款通用的 2:1 单刀双掷（SPDT）开关，能够支持 1.08V 至 5.5V 的宽工作电压范围。在源（Sx）和漏（D）引脚上，它可以处理从 GND 到 (V_{DD}) 的双向模拟和数字信号。其选通引脚（SEL）的状态控制着两个源引脚中的哪一个与漏引脚相连。此外，该器件仅需 7nA 的低电源电流，适合用于众多手持设备或低功耗应用场景。

二、主要特性

2.1 轨到轨操作与双向信号路径

• 轨到轨操作意味着该开关的有效信号路径输入/输出电压范围能从 GND 到 (V_{DD})，这使得它在各种不同电压的系统中都能很好地工作。
  • 双向信号路径功能让信号可以在源（Sx）和漏（D）引脚之间双向传输，无论是模拟信号还是数字信号都能轻松应对。

2.2 1.8V 逻辑兼容性与故障安全逻辑

• 所有逻辑输入都具备 1.8V 逻辑兼容阈值，这就允许开关能与低电压逻辑信号协同工作。在一些使用低逻辑电平 I/O 轨的处理器系统中，TMUX1248 可以直接连接，无需额外的电平转换芯片，既节省了电路板空间，又降低了物料清单（BOM）成本。
  • 故障安全逻辑电路是一个非常实用的特性，它允许在电源引脚通电之前或控制引脚电压高于电源引脚（最高可达 5.5V）时施加控制引脚电压，从而保护器件免受潜在损坏。这一特性还能减少系统在逻辑控制引脚电源排序方面的复杂性。

2.3 低导通电阻与低电源电流

• 低导通电阻仅为 3Ω，能有效降低信号传输过程中的损耗，提高信号的传输效率。
  • 低电源电流仅 7nA，对于那些对功耗有严格要求的应用，如可穿戴设备、便携式仪器等，TMUX1248 无疑是一个很好的选择。

2.4 先断后通开关

先断后通开关特性能够防止两个源引脚同时导通，避免了在开关切换过程中源信号发生短路的情况，增强了系统的稳定性和可靠性。

2.5 宽工作温度范围

-40°C 至 +125°C 的工作温度范围，使它可以在各种恶劣的环境条件下正常工作，无论是工业控制、汽车电子还是航空航天等领域，TMUX1248 都能胜任。

三、应用领域

TMUX1248 的适用范围非常广泛，涵盖了多个领域：

3.1 模拟和数字信号切换

在需要对模拟或数字信号进行切换的电路中，如数据采集系统、通信设备等，可以使用 TMUX1248 来实现信号路径的切换。

3.2 总线复用

在 I2C 和 SPI 等总线系统中，用于总线的多路复用，实现多个设备对总线的分时共享。

3.3 服务器与网络设备

在机架服务器、网络接口卡（NIC）中，可用于信号的切换和选择，确保数据的准确传输。

3.4 其他领域

还可应用于条码扫描仪、楼宇自动化、模拟输入模块、电机驱动、视频监控、电子销售点、台式电脑、家电等领域。

四、引脚配置与功能

TMUX1248 采用 6 引脚的 SC70 封装，各引脚的具体功能如下：

• D（4 号引脚）：漏引脚，既可以作为输入也可以作为输出。
  • GND（2 号引脚）：接地引脚，为器件提供 0V 参考电位。
  • S1（3 号引脚）：源引脚 1，同样可作为输入或输出。
  • S2（1 号引脚）：源引脚 2，可作为输入或输出。
  • SEL（6 号引脚）：选通引脚，根据真值表控制开关的状态。
  • VDD（5 号引脚）：正电源引脚，连接电源时，需要在 (V_{DD}) 和 GND 之间连接一个 0.1μF 至 10μF 的去耦电容，以保证器件的可靠运行。

五、电气特性

5.1 绝对最大额定值

在使用过程中，我们需要注意器件的绝对最大额定值。例如，(V_{DD}) 电源电压范围为 -0.5V 至 6V，逻辑控制输入引脚电压（SEL）范围为 -0.5V 至 6V 等。超过这些额定值可能会导致器件永久性损坏。

5.2 ESD 额定值

该器件具有一定的静电放电（ESD）保护能力，人体模型（HBM）的 ESD 额定值为 ±2000V，带电设备模型（CDM）为 ±750V。在实际操作过程中，我们还是要采取适当的 ESD 防护措施，以确保器件的安全。

5.3 推荐工作条件

推荐的工作条件包括 (V{DD}) 电源电压范围为 1.08V 至 5.5V，信号路径输入/输出电压范围为 0V 至 (V{DD})，逻辑控制输入引脚电压（SEL）范围为 0V 至 5.5V，环境温度范围为 -40°C 至 +125°C 等。在这些条件下使用，能够保证器件的性能和可靠性。

5.4 电气参数

在不同的电源电压下，TMUX1248 的各项电气参数会有所变化。例如，在 (V{DD}=5V) 时，导通电阻（(R{ON})）在 25°C 时典型值为 3Ω；在 (V_{DD}=3.3V) 时，导通电阻在 25°C 时典型值为 4.5Ω。同时，还需要关注其他参数，如泄漏电流、开关时间、电荷注入等。

六、参数测量方法

文档中详细介绍了一些关键参数的测量方法，如导通电阻、关断泄漏电流、导通泄漏电流、转换时间、先断后通时间、电荷注入、关断隔离、串扰和带宽等。了解这些测量方法对于我们准确评估器件的性能非常有帮助。例如，导通电阻的测量是通过测量源（Sx）和漏（D）引脚之间的电压和电流，然后使用公式 (R{ON}=V / I{SD}) 计算得出。

七、应用案例——可切换运算放大器增益设置

TMUX1248 可以用于改变运算放大器的增益设置。例如，将运算放大器从单位增益设置切换到反相放大器配置。通过使用这个开关，系统可以实现可配置的增益，并且可以在同一电路板上为不同的输入信号使用相同的架构。

7.1 设计要求

• 输入信号范围为 0V 至 2.75V。
• 多路复用器电源（(V_{DD})）为 2.75V。
• 运算放大器电源（(V + / V -)）为 ±2.75V。
• 多路复用器 I/O 信号范围为 0V 至 (V_{DD})（轨到轨）。
• 控制逻辑阈值为 1.8V 兼容（最高可达 5.5V）。

7.2 详细设计步骤

• 该应用展示了如何使用单个控制输入在 -1 和 +1 的增益设置之间进行切换。如果不需要在反相和单位增益之间切换，TMUX1248 也可以用于反馈路径中，选择不同的反馈电阻，为可配置的信号调理提供可扩展的增益设置。
• 除了电源去耦电容外，TMUX1248 可以在没有任何外部组件的情况下运行。建议在选通引脚添加一个下拉或上拉电阻，以确保在控制信号断开时输入处于已知状态。所有输入信号必须在 TMUX1248 的推荐工作条件范围内，包括信号范围和连续电流。

八、电源与布局建议

8.1 电源建议

TMUX1248 可以在 1.08V 至 5.5V 的宽电源范围内工作，但不要超过绝对最大额定值。为了提高噪声容限并防止开关噪声从 (V{DD}) 电源传播到其他组件，需要进行良好的电源去耦。建议使用 0.1μF 至 10μF 的电源去耦电容，从 (V{DD}) 连接到地。尽量将旁路电容靠近器件的电源引脚放置，并使用低阻抗连接。TI 推荐使用多层陶瓷芯片电容（MLCCs），因为它们具有低等效串联电阻（ESR）和电感（ESL）特性。

8.2 布局建议

• 在 PCB 布线时，要避免 90° 拐角，因为这可能会导致信号反射。尽量使用最少的过孔和拐角来布线高速信号，以减少信号反射和阻抗变化。如果必须使用过孔，要增加其周围的间隙尺寸以减小电容。
• 对 (V{DD}) 引脚使用 0.1μF 的电容进行去耦，并将其尽可能靠近引脚放置。确保电容的电压额定值足够承受 (V{DD}) 电源。
• 保持输入线尽可能短，使用实心接地平面以帮助减少电磁干扰（EMI）噪声拾取。避免将敏感的模拟走线与数字走线并行，尽可能避免交叉数字和模拟走线，必要时进行垂直交叉。

九、总结

TMUX1248 作为一款功能强大的通用开关，凭借其宽工作电压范围、低导通电阻、低功耗、1.8V 逻辑兼容性、故障安全逻辑等特性，在众多应用领域都有着出色的表现。电子工程师们在设计相关电路时，可以充分考虑使用 TMUX1248 来满足系统的需求。同时，在使用过程中要严格按照推荐的工作条件和布局建议进行操作，以确保器件的性能和可靠性。大家在实际应用中有没有遇到过类似的开关器件呢？欢迎在评论区分享你的经验和看法。