探索TMUX1136：一款高性能模拟开关的深度解析

在电子设计领域，模拟开关是实现信号切换和路由的关键元件。TI公司的TMUX1136 5V低泄漏电流、2:1、2通道精密模拟开关，凭借其卓越的性能和广泛的应用场景，成为众多工程师的首选。今天，我们就来深入了解一下这款模拟开关。

文件下载：tmux1136.pdf

一、TMUX1136关键特性

1. 宽电源范围

TMUX1136的电源范围为1.08V至5.5V，这使得它能够适应各种不同的电源环境，从低电压的便携式设备到高电压的工业系统，都能稳定工作。这种宽电源范围的设计，大大提高了芯片的通用性和适用性。

2. 低泄漏电流

低泄漏电流是TMUX1136的一大亮点，仅为3pA。在一些对信号精度要求极高的应用中，如高精度测量仪器，低泄漏电流可以有效减少信号的损失和干扰，保证测量结果的准确性。

3. 低导通电阻

导通电阻低至2Ω，这意味着在信号传输过程中，能够减少信号的衰减和失真，提高信号的传输质量。对于需要处理高速信号的应用，低导通电阻的优势尤为明显。

4. 低电荷注入

电荷注入仅为 -6pC，可有效降低开关切换时对信号的影响，减少信号的波动和噪声，提高系统的稳定性和可靠性。

5. 宽工作温度范围

工作温度范围为 -40°C至 +125°C，能够在恶劣的环境条件下正常工作，适用于工业控制、汽车电子等对温度要求较高的应用场景。

6. 1.8V逻辑兼容

支持1.8V逻辑电平，方便与各种低电压的微控制器和处理器接口，无需额外的电平转换电路，简化了设计，降低了成本。

7. 故障安全逻辑

具备故障安全逻辑功能，允许在电源引脚之前施加控制引脚电压，有效保护芯片免受潜在的损坏，提高了系统的安全性和可靠性。

8. 轨到轨操作

支持轨到轨操作，信号路径的输入/输出电压范围从GND到VDD，能够充分利用电源电压，提高信号的动态范围。

9. 双向信号路径

信号路径具有双向性，既可以从源极到漏极传输信号，也可以从漏极到源极传输信号，增强了芯片的灵活性和通用性。

10. 先断后通切换

采用先断后通的切换方式，避免了在切换过程中出现信号短路的问题，保证了信号的稳定传输。

11. ESD保护

具备2000V的人体模型（HBM）静电放电保护能力，能够有效防止芯片在生产、运输和使用过程中受到静电的损坏。

二、应用领域广泛

TMUX1136的应用领域非常广泛，涵盖了医疗、通信、工业等多个领域。

• 医疗设备：如超声扫描仪、患者监测和诊断设备、血糖监测仪等，对信号的精度和稳定性要求极高，TMUX1136的低泄漏电流和低电荷注入特性，能够满足这些应用的需求。
• 通信领域：在光网络、光测试设备、远程无线电单元等设备中，TMUX1136可用于信号的切换和路由，保证信号的准确传输。
• 工业控制：在工厂自动化和工业控制系统中，如流量变送器、可编程逻辑控制器（PLC）、模拟输入模块等，TMUX1136能够适应恶劣的工业环境，稳定可靠地工作。
• 其他领域：还可用于数据采集系统、ATE测试设备、电池监测系统、SONAR接收器等。

三、详细描述

1. 功能框图

TMUX1136是一款2:1（单刀双掷，SPDT）、2通道模拟开关，每个通道由一个独立的选择（SELx）控制引脚控制，可在两个源输入之间进行切换。

2. 特性描述

• 双向操作：能够在源极（Sx）和漏极（Dx）之间双向传导信号，且在两个方向上具有相似的特性，支持模拟和数字信号。
• 轨到轨操作：信号路径的有效输入/输出电压范围从GND到VDD，充分利用了电源电压。
• 1.8V逻辑兼容输入：逻辑控制输入（SELx）与1.8V逻辑兼容，即使在5.5V的电源电压下，也能提供1.8V的逻辑控制。这使得TMUX1136可以与低逻辑I/O轨的处理器直接接口，无需外部翻译器，节省了空间和BOM成本。
• 故障安全逻辑：控制输入引脚（SELx）支持故障安全逻辑，允许在电源引脚状态未知的情况下，将控制引脚电压施加到5.5V，保护芯片免受潜在损坏，同时减少了系统对电源时序的要求。
• 超低泄漏电流：提供极低的导通和关断泄漏电流，能够将高源阻抗输入的信号切换到高输入阻抗的运算放大器中，且偏移误差极小。
• 超低电荷注入：采用传输门拓扑结构，并配备特殊的电荷注入消除电路，可将漏极到源极的电荷注入降低至 -6pC（在VD = 1V时）。

3. 设备功能模式

通过选择（SELx）引脚控制哪个源极连接到漏极。当信号路径未被选择时，源极引脚处于高阻抗模式（HI - Z），控制引脚电压最高可达5.5V。具体的真值表如下：	控制逻辑（SELx）	选择的源极（SxA或SxB）连接到漏极（Dx）引脚
0	S1B到D1，S2B到D2
1	S1A到D1，S2A到D2

四、应用与实现

1. 应用信息

TMUX11xx系列具有超低的输入/输出泄漏电流和低电荷注入特性，可在高达5.5V的电压下工作，提供真正的轨到轨模拟和数字信号输入/输出。TMUX1136的低导通电容，使得在时域中多路复用输入时能够实现更快的建立时间。这些特性使TMUX11xx系列成为低压应用中精密、高性能开关和多路复用器的理想选择。

2. 典型应用

以TMUX1136用于跨阻放大器（TIA）的不同反馈网络切换为例。在这个应用中，使用2通道SPDT开关来优化开关的低泄漏电流和导通电阻之间的权衡。

• 设计要求：电源（VDD）为5V，输入/输出信号范围为1nA至10µA，控制逻辑阈值与1.8V兼容。
• 详细设计过程：TMUX1136除了电源去耦电容外，无需其他外部组件。所有通过开关的输入信号必须在推荐的工作条件范围内，包括信号范围和连续电流。对于5V电源，信号范围可以是0V至5V，最大连续电流为30mA。通过切换不同的反馈网络到跨阻放大器中，可以调整输出电压，以最大化系统的动态范围。TMUX1136的低导通电阻（典型值为2Ω）和低泄漏电流（典型导通泄漏电流小于10pA），能够确保系统的准确性和稳定性。
• 应用曲线：由于超低的泄漏电流和低导通电阻，TMUX1136能够以最小的失真切换信号。其泄漏电流随输入电压的变化曲线，可帮助工程师更好地了解芯片的性能。

3. 电源供应建议

TMUX1136的电源范围为1.08V至5.5V，使用时不要超过绝对最大额定值。为了提高噪声容限，防止开关噪声从VDD电源传播到其他组件，建议使用0.1μF至10μF的电源去耦电容，从VDD连接到地。旁路电容应尽可能靠近芯片的电源引脚，并使用低阻抗连接。TI推荐使用多层陶瓷片式电容器（MLCC），因为它们具有低等效串联电阻（ESR）和电感（ESL）特性。

4. 布局建议

• 布局指南：PCB走线在90°转弯时会产生反射，建议采用圆角技术，以保持走线宽度恒定，减少反射。高速信号走线应尽量减少过孔和转弯，使用过孔时，应增加其周围的间隙尺寸，以减小电容。设计测试点时，不建议在高频下使用通孔引脚。
• 布局示例：对VDD引脚使用0.1µF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以满足VDD电源。输入线应尽量短，使用实心接地平面以减少电磁干扰（EMI）噪声拾取。避免敏感的模拟走线与数字走线平行，必要时应垂直交叉。

五、总结

TMUX1136以其丰富的特性、广泛的应用场景和出色的性能表现，为电子工程师在设计中提供了一个可靠的选择。在实际应用中，我们需要根据具体的需求，合理选择电源、优化布局，并注意静电放电保护等问题，以充分发挥TMUX1136的优势，设计出高性能、稳定可靠的电子系统。大家在使用TMUX1136的过程中，有没有遇到过什么有趣的问题或者独特的应用案例呢？欢迎在评论区分享交流。