探索TMUX611x系列：高精度、低功耗模拟开关的卓越之选

引言

在电子设备和工业自动化领域，模拟开关是信号路由和电路控制的关键组件。德州仪器（Texas Instruments）的TMUX611x系列（TMUX6111、TMUX6112和TMUX6113）是一组高性能的模拟开关，在精度、低功耗和可靠性方面表现卓越。今天我们就来深入了解这一系列产品。

文件下载：tmux6111.pdf

产品概述

TMUX611x系列是现代互补金属氧化物半导体（CMOS）设备，具有四个独立可选的单刀单掷（SPST）开关。其工作电压范围宽泛，既支持双电源（±5V至±17V），也能采用单电源（10V至17V）或非对称电源供电。所有数字输入都具备晶体管 - 晶体管逻辑（TTL）兼容阈值，确保了与TTL/CMOS逻辑的兼容性，这使得在各类数字和模拟混合电路中应用更为方便。

不同型号的TMUX611x开关控制逻辑有所不同。TMUX6111在数字控制输入为逻辑0时打开开关，TMUX6112则需要逻辑1来打开开关，而TMUX6113有两个开关的数字控制逻辑与TMUX6111类似，另外两个开关的逻辑则相反，并且TMUX6113具备先断后通切换功能。

产品特性亮点

宽电源范围

支持双电源（±5V至±17V）和单电源（10V至17V）供电，这种灵活性使得TMUX611x系列能够适应各种不同的电源环境，无论是工业自动化中的高电压系统，还是便携式设备中的低电压电源，都能稳定工作。

低电容和低泄漏电流

• 低导通电容：仅4.2pF的导通电容，能够有效减少信号传输过程中的容性负载，降低信号失真，提高信号传输的质量和速度。
• 低输入泄漏电流：仅5pA的输入泄漏电流，对于高阻抗信号源的处理非常有利，可减少信号的泄漏和干扰，保证信号的准确性。

低电荷注入

仅0.6pC的电荷注入，能大大降低开关切换时对信号的干扰，在高精度测量和采样保持电路中，可显著减少采样误差，提高系统的精度和稳定性。

低导通电阻

典型导通电阻为120Ω，且导通电阻随输入电压和电源电压的变化相对较小，能有效降低信号传输过程中的功率损耗，提高信号传输效率。

快速开关时间

开启时间仅66ns，能够快速响应控制信号，实现高速的信号切换，适用于对开关速度要求较高的应用场景。

先断后通切换（TMUX6113）

这种切换方式可以避免在开关切换过程中出现信号短路的情况，提高系统的可靠性和安全性，特别适用于交叉点切换等应用。

低电源电流

仅17µA的电源电流，功耗极低，对于需要长时间运行的设备和便携式设备来说，能够有效延长电池的使用寿命。

ESD保护

人体模型（HBM）静电放电（ESD）保护达到±2kV，能有效防止静电对芯片的损坏，提高产品的抗干扰能力和可靠性。

多种封装形式

提供行业标准的TSSOP和更小的WQFN封装，用户可以根据实际的应用需求和电路板空间选择合适的封装形式。

产品应用领域

工厂自动化和工业过程控制

在工业自动化系统中，TMUX611x系列可用于信号的切换和路由，实现对各种传感器和执行器的控制。其高精度和高可靠性能够保证工业过程的稳定运行。

可编程逻辑控制器（PLC）

PLC需要处理大量的模拟和数字信号，TMUX611x系列的低泄漏电流和低电荷注入特性，能够确保信号的准确采集和处理，提高PLC的性能。

模拟输入模块

在模拟输入模块中，TMUX611x系列可用于多路信号的选择和切换，其低导通电阻和低电容特性能够减少信号的衰减和失真，提高模拟输入的精度。

半导体测试设备

半导体测试需要高精度的信号采集和处理，TMUX611x系列的低噪声和低干扰特性，能够满足半导体测试设备对信号质量的严格要求。

电池测试设备

在电池测试过程中，需要对电池的电压、电流等参数进行精确测量，TMUX611x系列的低泄漏电流和低电荷注入特性，能够减少对电池测试结果的影响，提高测试的准确性。

典型应用案例 - 采样保持电路

采样保持电路是一种常用的模拟电路，可用于模拟 - 数字转换器（ADC）对变化输入电压的采样，以及在多输出应用中存储数字 - 模拟转换器（DAC）的输出样本。

设计要求

设计一个优化的2输出采样保持电路，要求能够支持高达±15V的高电压输出摆幅，同时最小化基座误差和实现快速稳定时间。

详细设计过程

使用TMUX611x系列开关与电压保持电容（$C_{H}$）配合实现采样保持电路。当开关闭合时，对输入电压进行采样并给保持电容充电；当开关断开时，保持电容保持其先前的值，维持放大器输出的稳定电压。

TMUX611x系列开关的低电荷注入（仅0.6pC）特性，能有效减少采样误差；超低的泄漏电流（25°C时典型值为1pA，最大值为20pA）可降低保持电容上电压的下降速度。此外，还增加了一个并联开关（SW1或SW4）来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，提高电路的稳定时间。

电气特性分析

不同电源条件下的性能

文档中详细给出了双电源（±15V）和单电源（12V）条件下的电气特性和开关特性。例如，在双电源±15V、$T{A}=25^{circ}C$的条件下，导通电阻$R{ON}$在$V{S}=0V$、$I{S}=1mA$时典型值为120Ω，在$V{S}=±10V$、$I{S}=1mA$时典型值为135Ω；开启时间$t{ON}$在$V{S}=±10V$、$R{L}=300Ω$、$C{L}=35pF$的条件下典型值为66ns。

温度和电压对性能的影响

导通电阻会随输入电压和温度的变化而变化。从典型特性曲线可以看出，在不同的电源电压和温度条件下，导通电阻的变化趋势不同。在实际应用中，需要根据具体的工作条件来考虑这些因素对电路性能的影响。

设计建议

电源供应

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0.1µF至10µF的去耦电容。在双电源或非对称电源应用中，应先给$V{SS}$上电，再给$V{DD}$上电，并确保在电源上电前建立好接地连接。

布局设计

• 去耦电容应尽量靠近$V{DD}$和$V{SS}$引脚，以减小电源噪声的影响。
• 输入线应尽量短，以减少信号的衰减和干扰。
• 使用实心接地平面，有助于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，尽量减少数字和模拟走线的交叉，必要时采用垂直交叉。

总结

TMUX611x系列模拟开关以其高精度、低功耗、宽电源范围和多种优秀特性，成为了工业自动化、测试设备等领域中模拟信号处理和控制的理想选择。在实际设计中，我们需要根据具体的应用需求和工作条件，合理选择型号，并注意电源供应和布局设计等方面的问题，以充分发挥TMUX611x系列的性能优势。各位工程师朋友在使用过程中是否遇到过类似产品的其他问题呢？欢迎在评论区分享交流。