探索TMUX612x系列开关：高精度、高性能的工业应用之选

在电子工程师的日常设计中，选择合适的开关器件对于实现系统的高性能和稳定性至关重要。今天，我们就来深入探讨一下德州仪器（TI）的TMUX612x系列开关，包括TMUX6121、TMUX6122和TMUX6123，看看它们在工业应用中能为我们带来哪些优势。

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一、TMUX612x系列概述

TMUX612x系列是现代互补金属 - 氧化物半导体（CMOS）器件，拥有两个可独立选择的单刀单掷（SPST）开关。它们支持双电源（±5 V至±16.5 V）、单电源（10 V至16.5 V）或不对称电源，所有数字输入均具有晶体管 - 晶体管逻辑（TTL）兼容阈值，确保了与TTL和CMOS逻辑的兼容性。

不同型号的控制逻辑差异

• TMUX6121：数字控制输入为逻辑1时，开关导通。
• TMUX6122：需要逻辑0来导通开关。
• TMUX6123：一个开关的数字控制逻辑与TMUX6121相似，另一个开关的逻辑则相反。此外，TMUX6123具有先断后通（Break - Before - Make）的开关特性，适用于交叉点开关应用。

二、TMUX612x的主要特性

1. 宽电源范围

支持±5 V至±16.5 V的双电源或10 V至16.5 V的单电源，这种宽电源范围使得该系列开关在不同电源配置下都能稳定工作，为设计者提供了很大的灵活性。

2. 低功耗特性

• 低漏电流：输入漏电流低至0.5 pA，极低的漏电流可以有效减少信号的损耗和干扰，提高系统的精度。
• 低电荷注入：电荷注入低至0.51 pC，这一特性对于高精度测量应用尤为重要，能够减少采样误差。
• 低电源电流：仅为16 µA，适合用于便携式应用，延长设备的电池续航时间。

3. 快速开关速度

开关开启时间仅需68 ns，能够快速响应控制信号，实现高速的信号切换。

4. 良好的ESD保护

人体模型（HBM）静电放电（ESD）保护在所有引脚上达到±2 kV，增强了器件的抗干扰能力和可靠性。

5. 低导通电阻和电容

导通电阻低至120 Ω，导通电容仅为4.2 pF，能够减少信号传输过程中的衰减和失真。

三、TMUX612x的应用领域

1. 工业自动化和过程控制

在工厂自动化和工业过程控制中，需要精确地切换信号以实现对各种设备的控制。TMUX612x的高精度和高可靠性使其能够很好地满足这些需求，例如在可编程逻辑控制器（PLC）和模拟输入模块中。

2. 测试测量设备

在自动测试设备（ATE）和数字万用表中，对信号的精度和稳定性要求很高。TMUX612x的低漏电流和低电荷注入特性可以有效减少测量误差，提高测试结果的准确性。

3. 电池监测系统

由于其低电源电流和宽电源范围，TMUX612x适合用于电池监测系统，能够在不消耗过多电量的情况下准确地采集电池的各种参数。

四、技术参数

1. 绝对最大额定值

了解器件的绝对最大额定值对于确保其安全工作至关重要。例如，VDD至VSS的最大电压为36 V，环境温度范围为 - 55°C至140°C等。在设计过程中，必须确保器件的工作条件在这些额定值范围内，否则可能会导致器件永久性损坏。

2. ESD和热信息

• ESD保护：HBM ESD保护为±2000 V，带电设备模型（CDM）ESD保护为±500 V，这表明器件具有较好的抗静电能力。
• 热性能：结到环境的热阻为180.7 °C/W等，在设计散热方案时需要考虑这些热参数，以确保器件在正常工作温度范围内。

3. 电气和开关特性

• 电气特性：在双电源（±15 V）和单电源（12 V）条件下，分别给出了导通电阻、漏电流等参数。例如，在双电源±15 V、TA = 25°C时，导通电阻典型值为120 Ω，最大为135 Ω。
• 开关特性：包括开关开启和关闭时间、先断后通时间延迟等。如开关开启时间在特定条件下为68 ns，这对于需要快速切换的应用非常关键。

五、应用实例：采样保持电路

1. 设计要求

使用4通道SPST开关实现一个优化的2输出采样保持电路，该电路需要支持高达±15 V的高电压输出摆幅，同时最小化基座误差和缩短建立时间。

2. 详细设计过程

• 基本原理：TMUX612x系列开关与电压保持电容（CH）配合使用。当开关SW2闭合时，对输入电压进行采样，并将保持电容充电到输入电压值；当开关SW2断开时，保持电容保持其先前的值，从而在放大器输出（VOUT）处维持稳定的电压。
• 误差控制：TMUX612x的超低电荷注入（典型值仅为0.51 pC）和超低漏电流（25°C时典型值为0.5 pA，最大值为20 pA）特性，能够有效减少采样误差和电压下降。此外，增加第二个开关SW1与SW2并联，以及补偿网络（由RC和CC组成），可以进一步减少基座误差，降低保持时间的毛刺并改善电路的建立时间。

六、设计建议

1. 电源供应

为了提高电源噪声免疫力，建议在VDD和VSS引脚与地之间使用0.1 µF至10 µF的去耦电容。在双电源或不对称电源应用中，应先对VSS进行升压，再对VDD进行升压，并确保在电源升压之前建立好接地连接。

2. PCB布局

• 对VDD和VSS引脚使用0.1 - µF的电容进行去耦，并将其尽可能靠近引脚放置，同时要确保电容的电压额定值足以承受VDD和VSS电源。
• 尽量缩短输入线的长度，减少信号干扰。
• 使用实心接地平面，有助于散发热量并降低电磁干扰（EMI）噪声的拾取。
• 避免敏感的模拟走线与数字走线平行，如有必要，应尽量采用垂直交叉的方式。

七、总结

TMUX612x系列开关凭借其宽电源范围、低功耗、快速开关速度、良好的ESD保护以及高精度等特性，成为了工业应用中高精度、高性能模拟多路复用器的理想选择。在采样保持电路等应用中，能够充分发挥其优势，为电子工程师提供可靠的信号切换解决方案。在实际设计过程中，我们需要根据具体的应用需求，合理配置电源、优化PCB布局，以确保器件的性能得到充分发挥。你在实际项目中是否使用过类似的开关器件？在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和想法。