高速 USB 2.0 模拟开关 SGM7226 详解

在电子设备的设计中，模拟开关是实现信号切换和路由的关键组件。今天，我们将深入探讨 SGMICRO 推出的 SGM7226，一款 (V_{BUS }) 直接供电的高速 USB 2.0（480Mbps）DPDT 模拟开关。

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一、产品概述

SGM7226 是一款双极双掷（DPDT）模拟开关，它可以在 1.8V 至 5.5V 的单电源下工作，并且能够直接由 (V_{BUS }) 供电。其每个开关都是双向的，能够确保高速信号在输出端几乎没有衰减。该产品具有高速、低功耗和宽带宽的特点，适用于多种应用场景，如手机、数码相机、便携式设备、计算机外设以及电池供电系统等。

二、产品特性

1. 电源与性能

• 宽电源电压范围：支持 1.8V 至 5.5V 的电源电压，这使得它在不同的电源环境下都能稳定工作。
• 低导通电阻：典型导通电阻为 5Ω，能够有效降低信号传输过程中的损耗。
• 高关断隔离度：在 (R_{L}=50 Omega) 、 (f = 250 MHz) 的条件下，关断隔离度可达 -35dB，减少了信号之间的干扰。
• 低串扰：同样在 (R_{L}=50 Omega) 、 (f = 250 MHz) 的条件下，串扰低至 -30dB，保证了信号的纯净度。
• 宽带宽：-3dB 带宽达到 550MHz，能够满足高速信号的传输需求。

2. 开关特性

• 快速切换时间：在 (V{CC}=5V) 时，导通时间 (t{ON}) 典型值为 15ns，关断时间 (t_{OFF}) 典型值为 20ns，能够快速响应信号的切换。
• 先断后通切换：采用先断后通的切换方式，避免了信号的短路和干扰。

3. 保护特性

• 电源关断保护：能够防止意外的信号泄漏，确保在电源关断和过压条件下系统的可靠性。
• 抗静电放电（ESD）：人体模型（HBM）的 ESD 敏感度为 8000V，增强了产品的抗干扰能力。

4. 工作温度与封装

• 宽工作温度范围：可在 -40℃ 至 +85℃ 的环境温度下正常工作，适应不同的使用场景。
• 环保封装：采用绿色 TQFN - 2.6×1.8 - 16L 封装，符合环保要求。

三、引脚配置与功能

1. 引脚配置

SGM7226 采用 TQFN - 2.6×1.8 - 16L 封装，其引脚配置如下：	引脚编号	引脚名称	功能
1,2	HSD2 - 、HSD2 +	数据端口
15,16	HSD1 - 、HSD1 +	数据端口
11,12	D + 、D -	数据端口
3	OE	输出使能控制引脚
4,14	GND	接地
5	VSET	内部使用引脚，建议在 VSET 引脚和 VCC 引脚之间连接一个 10kΩ 的电阻
6	VCC	正电源引脚
7,8,13	N.C.	未连接
9	BP	内部电压参考去耦引脚，需连接一个 2.2μF 的陶瓷电容到 GND
10	S	选择输入引脚

2. 功能表

OE	S	HSD1 + 、HSD1 -	HSD2 + 、HSD2 -
0	0	ON	OFF
0	1	OFF	ON
1	X	OFF	OFF

其中，X 表示无关项。

四、电气特性

1. 模拟开关特性

• 模拟 I/O 电压：范围为 0V 至 3.3V。
• 导通电阻：典型值为 5Ω，最大值为 6.5Ω。
• 通道间导通电阻匹配：典型值为 0.35Ω，最大值为 0.6Ω。
• 导通电阻平坦度：典型值为 0.6Ω，最大值为 1Ω。
• 电源关断泄漏电流：最大值为 1μA。

2. 数字输入特性

• 输入高电压：VIH(S、OE) 范围为 1.5V 至 3.3V，VIH(VSET) 范围为 1.5V 至 5.5V。
• 输入低电压：VIL 最大值为 0.35V。
• 输入泄漏电流：最大值为 1μA。

3. 动态特性

• 导通时间：典型值为 15ns。
• 关断时间：典型值为 20ns。
• 先断后通时间延迟：典型值为 3.5ns。
• 传播延迟：典型值为 0.5ns。
• 关断隔离度：典型值为 -35dB。
• 通道间串扰：典型值为 -30dB。
• -3dB 带宽：典型值为 550MHz。
• 通道间偏斜：典型值为 1.5ns。
• 电荷注入：典型值为 10pC。
• HSD + 、HSD - 、D + 、D - 导通电容：在 1MHz 时典型值为 10pF，在 250MHz 时典型值为 15pF。

4. 电源要求

• 电源电压范围：1.8V 至 5.5V。
• 电源电流：典型值为 20μA，最大值为 30μA。

五、测试电路

文档中给出了多个测试电路，用于测试 SGM7226 的各项性能指标，包括导通电阻、切换时间、先断后通时间、关断隔离度、通道间串扰、-3dB 带宽和电荷注入等。这些测试电路为工程师提供了准确测量和验证产品性能的方法。

六、应用信息

1. 电源保护

• 电源关断保护：当 D + 或 D - 与 (V_{BUS }) 短路时，SGM7226 内部的特殊保护电路可以确保设备在 24 小时内不受损坏。在电源关断或过压事件发生时，保护电路可以防止 D + /D - 引脚上的泄漏信号，保证系统的可靠性。
• 电源开启保护：USB 2.0 规范要求 USB 设备在数据传输过程中即使发生 (V_{BUS }) 短路也不会损坏。SGM7226 在过压条件下会限制流回 (VCC) 轨道的电流，使其不超过安全工作范围。

2. 应用电路

如果 SGM7226 由 (V{BUS }) 供电，建议使用一个 5.1V 的齐纳二极管来抑制 USB 接口热插拔时 (V{BUS }) 电源线上产生的电压尖峰。

七、封装与订购信息

1. 封装信息

SGM7226 采用 TQFN - 2.6×1.8 - 16L 封装，文档中给出了封装的外形尺寸、推荐的焊盘图案以及编带和卷盘的相关信息。

2. 订购信息

型号	封装描述	指定温度范围	订购编号	封装标记	包装选项
SGM7226	TQFN - 2.6×1.8 - 16L	-40℃ 至 +85℃	SGM7226YTQA16G/TR	7226 XXXXX	卷带包装，3000 个

其中，XXXXX 为日期代码和供应商代码。

八、总结

SGM7226 是一款性能优异的高速 USB 2.0 模拟开关，具有宽电源电压范围、低导通电阻、高关断隔离度、低串扰和快速切换时间等特点。其电源保护功能和环保封装使其适用于多种应用场景。电子工程师在设计 USB 2.0 相关电路时，可以考虑使用 SGM7226 来实现信号的切换和路由。你在实际应用中是否遇到过类似模拟开关的使用问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。