深度解析TMUX111x系列精密开关：特性、应用与设计要点

引言

在电子工程师的日常设计工作中，开关和多路复用器是不可或缺的元件。它们在信号切换、隔离和增益控制等方面发挥着关键作用。今天，我们将深入探讨德州仪器（Texas Instruments）的TMUX111x系列，包括TMUX1111、TMUX1112和TMUX1113三款精密互补金属 - 氧化物半导体（CMOS）器件。这三款器件具有独特的性能特点，适用于多种应用场景。

文件下载：tmux1113.pdf

产品概述

TMUX111x系列是具有四个独立可选的1:1单刀单掷（SPST）开关的精密CMOS器件。其宽工作电源范围为1.08V至5.5V，这使得它们能够在从医疗设备到工业系统等广泛的应用中使用。该系列器件支持源（Sx）和漏（Dx）引脚上从GND到VDD的双向模拟和数字信号。

产品对比

产品	描述
TMUX1111	低泄漏电流、精密、4通道、1:1（SPST）开关（常闭）
TMUX1112	低泄漏电流、精密、4通道、1:1（SPST）开关（常开）
TMUX1113	低泄漏电流、精密、4通道、1:1（SPST）开关（双开 + 双闭）

特性亮点

电气特性

1. 宽电源范围：1.08V至5.5V的宽电源范围，使器件能适应不同的电源环境，增加了设计的灵活性。
2. 低泄漏电流：仅3pA的低泄漏电流，在高精度测量应用中能有效减少误差，提高测量精度。
3. 低电荷注入： - 1.5pC的低电荷注入，可降低开关切换时的电荷转移，减少采样误差。
4. 低导通电阻：2Ω的低导通电阻，能降低信号传输过程中的损耗，提高信号质量。
5. 宽工作温度范围： - 40°C至 + 125°C的工作温度范围，适用于各种恶劣的工业和户外环境。
6. 1.8V逻辑兼容：支持1.8V逻辑输入，可与低电压处理器直接接口，无需额外的电平转换电路，节省空间和成本。
7. 故障安全逻辑：控制输入引脚支持故障安全逻辑，允许在电源引脚之前施加控制引脚电压，保护器件免受潜在损坏，减少系统复杂性。
8. 轨到轨操作：信号路径输入/输出电压范围从GND到VDD，能充分利用电源电压，提高信号处理能力。
9. 双向信号路径：支持双向信号传输，每个通道在两个方向上具有相似的特性，可处理模拟和数字信号。
10. 先断后通切换：TMUX1113具有先断后通切换功能，适用于交叉点切换应用，避免信号干扰。
11. ESD保护：人体模型（HBM）2000V的静电放电保护，提高了器件的可靠性和抗干扰能力。

典型特性曲线

文档中给出了多个典型特性曲线，如导通电阻与源或漏电压、温度的关系，泄漏电流与温度、源或漏电压的关系，电荷注入与源电压的关系等。这些曲线能帮助工程师更好地了解器件在不同工作条件下的性能表现，为设计提供参考。

应用领域

TMUX111x系列的特性使其适用于多种应用场景，以下是一些典型应用：

采样保持电路

采样保持电路常用于模数转换器（ADC）中，以提高采样的可靠性和稳定性。TMUX111x的低电荷注入特性可减少采样误差，其低导通电阻和低泄漏电流能保证信号的准确传输。在设计采样保持电路时，可使用一个可选的运算放大器来缓冲DAC输出，以避免驱动电容性负载时的稳定性问题。

反馈增益切换

在放大器电路的反馈路径中，开关和多路复用器用于提供可配置的增益控制。TMUX111x可通过不同的电阻值实现多个增益设置。其低泄漏电流和低电容特性有助于提高系统的稳定性和精度。

信号隔离

在需要对信号进行隔离的应用中，TMUX111x可作为信号隔离开关，确保信号的独立性和安全性。

其他应用

还可应用于现场变送器、可编程逻辑控制器（PLC）、工厂自动化和控制、超声扫描仪、患者监测和诊断、心电图（ECG）、数据采集系统（DAQ）、ATE测试设备、电池测试设备、实验室仪器、智能电表、光网络和光测试设备等领域。

设计要点

电源供应

TMUX111x的工作电源范围为1.08V至5.5V，但在使用时需注意不要超过绝对最大额定值。为了提高噪声容限和防止开关噪声传播，建议使用电源去耦电容，将其放置在靠近器件电源引脚的位置，并使用低阻抗连接。TI推荐使用多层陶瓷片式电容器（MLCC）进行电源去耦。

布局设计

1. 走线拐角：PCB走线拐角应尽量避免90°角，可采用圆角或45°角，以减少反射和阻抗变化。
2. 高速信号走线：高速信号应尽量减少过孔和拐角的使用，增加过孔周围的间隙以减小电容。
3. 测试点设计：在高频设计中，应避免使用通孔引脚作为测试点。
4. 电源和接地：使用宽走线为电源供电，以降低电感；使用实心接地平面可减少电磁干扰（EMI）噪声拾取。
5. 模拟和数字走线：敏感的模拟走线应避免与数字走线平行，必要时应垂直交叉。

总结

TMUX111x系列精密开关以其独特的特性和广泛的应用领域，为电子工程师提供了一个优秀的选择。在设计过程中，充分了解器件的特性和应用要求，合理进行电源供应和布局设计，能够充分发挥其性能优势，提高系统的可靠性和稳定性。希望本文能为工程师们在使用TMUX111x系列器件时提供有价值的参考。你在使用这类开关时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。