低 $R_{ON}$、双SPDT/单DPDT模拟开关的特性与应用解析

在电子设计领域，模拟开关是一种常用且关键的器件，它能够实现对模拟信号的灵活切换和控制。今天我们就来详细剖析一款低 $R_{ON}$、双SPDT/单DPDT模拟开关——MAX4991 - MAX4994 系列，探索其特性、参数及实际应用中的要点。

文件下载：MAX4991-MAX4994_cn.pdf

一、定购与选型

该系列模拟开关提供了不同的型号以供选择，具体信息如下：	PART	CONFIGURATION	TIME	ENABLE LINE	TOP MARK
MAX4991EVB+*	10UTQFN，Dual SPDT	Yes		AAD
MAX4992EVB+	10 UTOFN，Dual SPDT	No		AAE
MAX4993EVB+	10UTQFN，DPDT	Yes	Yes	AAF

工程师在选型时，需要根据实际应用对开关配置、导通时间、是否需要使能线等因素进行综合考量，以确保所选型号能够满足设计要求。

二、绝对最大额定值

了解器件的绝对最大额定值是保障其安全可靠工作的基础。以下是该系列模拟开关的相关额定值：

• 电压方面：$V{CC}$、$CB_$、$EN$ 的范围是 - 0.3V 至 + 6.0V；$COM_$、$NC_$、$NO_$ 的范围是 - 0.3V 至 $(V{CC} + 0.3V)$。
• 电流方面：$COM_$、$NC_$、$NO_$ 的连续电流为 ± 350mA，1ms、50% 占空比脉冲时的峰值电流为 ± 700mA，1ms、10% 占空比脉冲时的峰值电流为 ± 1.5A。
• 功率与温度方面：10 - Pin UTQFN 在 $T_{A} = + 70°C$ 时的连续功率耗散为 559mW（+70°C 以上以 6.9mW/°C 降额）；结 - 壳热阻为 20.1°C/W，结 - 环境热阻为 143.1°C/W；工作温度范围是 - 40°C 至 + 85°C，结温范围是 + 150°C，储存温度范围是 - 65°C 至 + 150°C，焊接 10s 时的引脚温度为 + 300°C。

需要注意的是，超出绝对最大额定值的应力可能会对器件造成永久性损坏，并且长时间处于绝对最大额定值条件下可能会影响器件的可靠性。那么在实际设计中，大家是如何确保器件工作在安全范围内的呢？

三、电气特性

1. 电源相关参数

• 电源范围：$V_{CC}$ 的范围是 1.8V 至 5.5V。
• 欠压锁定：$V_{UVLO}$ 典型值为 1.4V。
• 电源电流：不同型号和不同条件下的电源电流有所差异，例如 MAX4991/MAX4992 在 $V{CB1} = V{CB2} = 0V$ 或 $V{CC}$，$V{CC} = + 3V$ 时，典型值为 1.2μA，最大值为 2.5μA。

2. 开关性能参数

• 导通电阻：$T{A} = + 25°C$，$V{CC} = + 2.7V$，$V{NC_}$ 或 $V{NO_} = 0V$ 至 $V{CC}$，$I{COM_} = 100mA$ 时，典型值为 0.3Ω，最大值为 0.5Ω。导通电阻的匹配度和平坦度也有相应的指标要求，如导通电阻匹配度（通道间）在特定条件下最大值为 3mΩ，导通电阻平坦度最大值为 1mΩ。
• 开关时间：导通时间（$t{ON}$）和关断时间（$t{OFF}$）因型号和测试条件而异，如 MAX4991/MAX4993 在 $V_{CC} = + 2.7V$ 等特定条件下，导通时间典型值为 360ms；MAX4992/MAX4994 则为 150μs，关断时间典型值为 0.5μs。
• 隔离与串扰：关断隔离（$V{ISO}$）在 $R{S} = R{L} = 50Ω$，$f = 20kHz$ 等条件下典型值为 - 90dB，串扰（$V{CT}$）典型值为 - 110dB。

3. 其他参数

模拟信号范围在 0 至 $V{CC}$ 之间；$COM$ 输出噪声在不同频率范围内有不同的值，如 20Hz 至 20kHz 时典型值为 1μV RMS，0Hz 至 1MHz 时为 50μV RMS；总谐波失真（$THD + N$）在 $f = 20Hz$ 至 20kHz 等条件下典型值为 0.004%。这些参数对于保证信号的质量和系统的性能至关重要，大家在设计时是否会特别关注这些参数之间的相互影响呢？

四、引脚说明与功能特点

1. 引脚功能

• MAX4991/MAX4992 具有两路数字逻辑控制输入：$CB1$ 和 $CB2$；MAX4993/MAX4994 具有单个数字逻辑控制输入 $CB$，用于控制相应开关的位置。
• MAX4993/MAX4994 的 $COM1$ 引脚必须连接到扬声器负载，以降低咔嗒/噼噗声。

2. 功能特点

• 该系列开关具有先断后合切换功能，采用 + 1.8V 至 + 5.5V 单电源供电。
• MAX4991/MAX4993 具有低速导通特性，$COM_$ 引脚作为输出，可有效降低耦合电容、直流输出偏置音频放大器产生的咔嗒/噼噗声，这对于需要降低咔嗒/噼噗声的音频架构非常重要。
• MAX4993/MAX4994 双刀双掷（DPDT）开关具有一个低电平有效的使能输入（$EN$），$EN$ 为高电平时，全部通道为高阻态，可降低电源电流。

五、应用信息与注意事项

1. 杂音抑制

MAX4991/MAX4993 的低速开关导通特性可降低由于扬声器电压急剧变化引起的咔嗒/噼噗声。在具有直流偏置的单电源供电音频放大器开启时，耦合电容充电会导致扬声器产生尖峰电流，而 MAX4991/MAX4993 能够抑制尖峰电流传递到 $COM_$ 端，但必须连接扬声器负载，以便耦合电容的充电电流有一条对地通路。那么在实际的音频设计中，大家有没有遇到过类似的杂音问题，又是如何解决的呢？

2. 供电顺序

建议对所有器件采用适当的供电顺序，务必在施加模拟信号之前加电 $V_{CC}$，特别是在模拟信号没有限流的情况下，以确保器件的正常工作和稳定性。

六、封装与芯片信息

该系列模拟开关采用 BiCMOS 工艺，封装类型涉及 V101AICN - 1 等。如需最近的封装外形信息和焊盘布局，可查询 china.maxim - ic.com/packages。

总之，MAX4991 - MAX4994 系列低 $R_{ON}$、双SPDT/单DPDT模拟开关凭借其丰富的功能和良好的电气特性，在音频、信号切换等领域有着广泛的应用前景。工程师在设计过程中，需要充分了解其各项参数和特性，结合实际应用需求进行合理选型和设计，以确保系统的性能和可靠性。