探索TMUX612x系列：高精度双路SPST开关的卓越性能与应用

在电子工程师的日常设计工作中，选择合适的开关器件至关重要。今天，我们就来深入了解一下德州仪器（TI）的TMUX6121、TMUX6122和TMUX6123这三款高精度双路单刀单掷（SPST）开关。它们在工业自动化、测试设备等领域有着广泛的应用，下面我们就从多个方面来剖析它们的特性和优势。

文件下载：tmux6122.pdf

一、产品特性亮点

1. 宽电源范围

TMUX612x系列支持多种电源模式，双电源范围为±5 V至±16.5 V，单电源范围为10 V至16.5 V，甚至还能适应不对称电源，如(V{DD}=12 V)和(V{SS}=-5 V)。这种宽电源范围的设计，使得它们在不同的电源环境下都能稳定工作，大大提高了产品的适用性。

2. 低电容与低泄漏电流

低导通电容仅为4.2 pF，低输入泄漏电流为0.5 pA，低电荷注入为0.51 pC。这些特性使得该系列开关在处理微弱信号时，能够有效减少信号的失真和干扰，保证信号的准确性和稳定性。

3. 低导通电阻与快速开关时间

导通电阻低至120 Ω，开关导通时间仅为68 ns。低导通电阻可以降低信号传输过程中的损耗，而快速的开关时间则能够满足高速信号切换的需求，提高系统的响应速度。

4. 静电放电（ESD）保护

所有引脚都具备±2 kV的人体模型（HBM）ESD保护，这增强了产品在实际应用中的可靠性，减少了因静电放电而导致的器件损坏风险。

二、应用领域广泛

TMUX612x系列凭借其出色的性能，在多个领域都有出色的表现：

• 工厂自动化与工业过程控制：在工业自动化系统中，需要对各种模拟信号进行精确的切换和控制。TMUX612x的低泄漏电流和低电荷注入特性，能够确保信号的准确传输，提高系统的控制精度。
• 可编程逻辑控制器（PLC）：PLC作为工业自动化的核心设备，对输入输出信号的处理要求很高。TMUX612x的宽电源范围和低导通电阻，能够满足PLC在不同电源环境下的工作需求，同时降低信号传输的损耗。
• ATE测试设备：在自动测试设备中，需要对多种信号进行快速切换和测量。TMUX612x的快速开关时间和低电容特性，能够提高测试设备的响应速度和测量精度。

三、详细技术解析

1. 工作原理与逻辑控制

TMUX6121、TMUX6122和TMUX6123都是基于互补金属氧化物半导体（CMOS）技术的器件，每个通道都有独立的单刀单掷开关。它们的开关状态由对应的SELx引脚控制，SELx引脚通过内部6 MΩ的电阻弱下拉，确保在通电时开关处于确定的状态。不同的是，TMUX6121的开关在数字控制输入为逻辑1时导通，TMUX6122则相反，而TMUX6123的一个开关与TMUX6121逻辑相同，另一个开关逻辑反转。

2. 关键参数测量

• 导通电阻（(R_{ON})）：导通电阻是衡量开关性能的重要参数之一，它表示开关导通时源极（Sx）和漏极（Dx）之间的电阻。测量时，通过测量电压（V）和电流（(I{CH})），然后根据公式(R{ON}=V / I_{CH})计算得出。导通电阻会随着输入电压和电源电压的变化而变化。
• 关断泄漏电流：包括源极关断泄漏电流（(I{S(OFF)})）和漏极关断泄漏电流（(I{D(OFF)})），分别表示开关关断时源极和漏极的泄漏电流。这些泄漏电流会影响信号的准确性，因此越低越好。
• 导通泄漏电流（(I_{D(ON)})）：指开关导通时漏极的泄漏电流，测量时源极处于浮空状态。

3. 开关特性

• 开关导通时间（(t_{ON})）：指SELx信号上升（常开开关）或下降（常闭开关）到50%最终值后，输出上升到90%最终值所需的时间。
• 开关关断时间（(t_{OFF})）：指SELx信号下降（常开开关）或上升（常闭开关）到50%初始值后，输出下降到10%初始值所需的时间。
• 先断后通延迟（(t_{BBM})）：这是TMUX6123的一个安全特性，在开关切换时，先断开当前连接，再建立新的连接，避免了信号的短路和干扰。

四、应用案例分析 - 采样保持电路

1. 设计要求

在设计一个高精度的2输出采样保持电路时，需要使用一个4通道SPST开关。该电路要能够支持高达±15 V的高电压输出摆幅，同时要尽量减少基座误差和缩短建立时间。

2. 详细设计过程

使用TMUX6121、TMUX6122或TMUX6123开关与电压保持电容（(C{H})）配合实现采样保持电路。当开关SW2闭合时，对输入电压进行采样，并将保持电容（(C{H})）充电到输入电压值；当开关SW2断开时，保持电容（(C_{H})）保持其之前的值，从而在放大器输出端（VOUT）维持稳定的电压。

由于TMUX612x系列开关具有出色的电荷注入性能（仅0.51 pC），能够有效减少采样误差。同时，其超低的泄漏电流也能减少保持电容上的电压下降，提高电路的稳定性。此外，还增加了第二个开关SW1与SW2并联，以减少开关切换时的基座误差，并添加了由(R{C})和(C{C})组成的补偿网络，进一步降低基座误差，减少保持时间的毛刺，提高电路的建立时间。

五、电源与布局建议

1. 电源建议

为了提高电源的抗噪声能力，建议在(V{DD})和(V{SS})引脚与地之间连接一个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(V{SS})进行上电，再对(V{DD})进行上电，并确保在电源上电之前先建立好接地（GND）连接。

2. 布局指南

在PCB布局时，要将(V{DD})和(V{SS})引脚用0.1-µF的电容进行去耦，并将电容尽可能靠近引脚放置，同时要确保电容的耐压值足够。输入线应尽量短，使用实心接地平面来帮助散热和减少电磁干扰（EMI）噪声的拾取。避免敏感的模拟走线与数字走线平行，必要时应垂直交叉。

六、总结

TMUX612x系列开关以其宽电源范围、低电容、低泄漏电流、低导通电阻和快速开关时间等特性，为电子工程师在设计高精度、高可靠性的电路时提供了一个优秀的选择。无论是在工业自动化、测试设备还是其他领域，它们都能够发挥出卓越的性能。在实际应用中，我们需要根据具体的设计要求，合理选择电源和布局，以充分发挥TMUX612x系列开关的优势。

作为电子工程师，你在使用类似开关器件时遇到过哪些问题呢？你认为TMUX612x系列开关在你的项目中会有怎样的表现？欢迎在评论区分享你的经验和看法。