MAX14777：高性能四通道超摆幅模拟开关的应用与设计

引言

在电子工程师的日常设计中，模拟开关的选择与应用至关重要，它直接关系到电路的性能和稳定性。Maxim Integrated的MAX14777四通道、 -15V至+35V超摆幅模拟开关，凭借其独特的性能和广泛的应用场景，成为了众多工程师的首选。本文将深入探讨MAX14777的特性、工作原理、应用信息以及相关设计要点，希望能为各位工程师提供有益的参考。

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MAX14777概述

MAX14777是一款八通道SPST（单刀单掷）开关，支持超摆幅模拟信号切换，采用3.0V至5.5V单电源供电。其开关可选择 -15V/+35V 或 -15V/+15V 模拟信号范围，每路开关具有独立的控制输入，允许独立切换，可替代无需电气隔离的光继电器。

性能参数亮点

• 低导通电阻：导通电阻为10Ω（最大值），典型值为4.4Ω，且RON平坦度为9mΩ（典型值），在整个共模电压范围内能维持良好的性能，最大程度保证信号完整性。
• 低漏电流：导通漏电流低至50nA（+85°C时的最大值），有效减少了信号的损耗和干扰。
• 大电流承载能力：每路开关在各方向均可承载高达60mA（最大值）的连续电流，满足多种应用场景的需求。
• 宽工作温度范围：工作在 -40°C至+105°C温度范围，适应不同的恶劣环境。

优势与特性分析

简单灵活的电路板设计

• 单电源供电与超摆幅信号处理：采用3.0V至5.5V单电源供电，可处理 -15V/+35V 超摆幅信号范围，同时也可选择 -15V/+15V 信号范围以降低电流损耗，这为电路板的设计提供了极大的灵活性。
• 高电流允许值：每路开关允许通过最大60mA电流，能够满足一些对电流要求较高的应用场景。
• 宽逻辑接口范围：具备1.62V至5.5V逻辑接口，可方便地与不同逻辑电平的控制器连接。

高性能的导通电阻

10Ω（最大值）的RON以及150mΩ（最大值）的 (R_{ON}) 平坦度，确保了开关在导通时的低电阻特性，减少了信号传输过程中的损耗。

节省电路板面积

采用小尺寸20引脚TQFN封装（4mm x 4mm），有效节省了电路板的空间，适合对空间要求较高的设计。

电气特性详解

直流特性

• 电源电压与电流：(V{CC}) 供电电压范围为3.0V至5.5V，(V{L}) 供电电压范围为1.62V至5.5V。不同供电电压和控制信号下，(V{CC}) 和 (V{L}) 供电电流有所不同，例如当 (V{CC}=3.3V)，SEL35 = low 时，(I{CC}) 典型值为1.8mA。
• 模拟信号范围：通过SEL35引脚选择模拟信号范围，SEL35为低电平时，信号范围为 -15V至+15V；SEL35为高电平时，信号范围为 -15V至+35V。
• 电荷泵输出：正高压电荷泵输出 (V{P}) 和负高压电荷泵输出 (V{N}) 的电压值与SEL35引脚状态有关，SEL35为低电平时，(V{P}) 典型值为22.5V至27.1V，(V{N}) 典型值为 -18.2V至 -14.9V；SEL35为高电平时，(V_{P}) 典型值为41.7V至49.8V。

交流特性

• 开关时间：Power-Up Time（上电时间）在 (C{VP}=C{VN}=10nF) 时为5ms，Enable Turn-On Time（使能开启时间）在不同条件下约为40µs，Enable Turn-Off Time（使能关闭时间）为100µs。
• 隔离与串扰：关断隔离（Off-Isolation）在 (V{CC}=3V) 至5.5V时为 -88dB，串扰（Crosstalk）在 (V{CC}=3V) 至5.5V时为 -101dB，保证了开关在不同状态下的信号隔离性能。
• 带宽与失真：-3dB带宽（BW）为380MHz，总谐波失真（THD+N）在 (R{S}=R{L}=1kΩ)，f = 20Hz至20kHz 时为0.038%，确保了信号在较宽频率范围内的高质量传输。

引脚配置与功能

MAX14777采用20引脚TQFN封装，各引脚具有明确的功能：	引脚	名称	功能
1	VP	电荷泵输出正端，需根据SEL35引脚状态选择合适电容旁路至GND
2	GND	地
3	VN	电荷泵输出负端，利用10nF电容旁路至GND
4	Vcc	电源输入，利用1F陶瓷电容旁路至GND
5	I.C.	内部连接，连接至GND
6 - 9	A1 - A4	模拟开关1 - 4的A端，对应控制输入EN1 - EN4为低电平时，开关开路
10	SEL35	模拟信号范围选择输入
11 - 15	EN1 - EN4	开关1 - 4控制输入
13	VL	逻辑接口基准电源输入，利用1μF陶瓷电容旁路至GND
16	N.C.	无连接
17 - 20	B1 - B4	模拟开关1 - 4的B端，对应控制输入为低电平时，开关开路
EP	裸焊盘	连接至VN，不作为电气连接点

内部偏压与模拟信号电平

内部偏压生成

MAX14777内部包含三个电荷泵，分别为5V稳压电荷泵、正高压电荷泵（VP）和负高压电荷泵（(V{N})）。当 (V{CC}) 高于4.75V（典型值）时，旁路5V电荷泵，(V_{CC}) 为高压电荷泵提供输入，降低总体的电源电流。

模拟信号范围选择

通过SEL35引脚选择模拟信号范围，同时也会影响导通延迟和 (V{CC}) 供电电流。将SEL35设置为低电平时，可减小导通延迟和 (V{CC}) 供电电流。

应用信息与示例

无供电条件下的特性

在无供电（(V{CC}=0V) 或浮空）时，开关端子A、B_可承受 -15V至+35V高压信号。瞬态条件下，向A_或B引脚加充电电压时，由于 (V{P}) 和 (V_{N}) 上外部电容的电荷运动，会造成电流流入或流出引脚；直流条件下，当 (A_和B_引脚之间的电压差大于3V) 时，开关开路，有直流漏电流流入引脚。

应用示例

MAX14777可用于设计单电源供电的工业模拟输入模块，支持±15V电压和4mA–20mA电流测量。在电压测量模式下，开关位置可将±15V范围的模拟输入电压连接至放大器输入；改变开关位置，可实现电流环测量。模拟输入模块未加电时，MAX14777可承受潜在的高压，并保护电阻和PGA不受意外接入AIN端电压的损害。

订购与封装信息

订购信息

器件	温度范围	引脚 - 封装
MAX14777GTP+	-40°C 至 +105°C	20 TQFN - EP*

其中“+”表示无铅（Pb）/符合RoHS标准的封装，*EP = 裸焊盘。

封装信息

如需最近的封装外形信息和焊盘布局（占位面积），请查询china.maximintegrated.com/packages。封装编码中的“+”、“#”或“ - ”仅表示RoHS状态，封装图只与封装有关，与RoHS状态无关。

总结

MAX14777四通道、 -15V至+35V超摆幅模拟开关以其高性能、灵活性和可靠性，成为了工业测量系统、仪表系统、4 - 20mA开关、ATE系统等应用的理想选择。在实际设计中，工程师们需要根据具体的应用场景和需求，合理选择模拟信号范围、电源电压等参数，充分发挥MAX14777的优势。同时，对于无供电条件下的特性和应用示例的理解，也有助于提高电路的稳定性和可靠性。你在使用类似模拟开关的过程中，遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验。