汽车级多路复用器TMUX13xxA - Q1：特性、应用与设计要点

在汽车电子和工业自动化等领域，对于高性能、高可靠性的信号切换和复用解决方案的需求日益增长。德州仪器（TI）的TMUX13xxA - Q1系列多路复用器，以其卓越的特性和广泛的应用场景，成为了工程师们的理想选择。本文将深入探讨TMUX13xxA - Q1的特性、应用以及设计过程中的关键要点。

文件下载：tmux1308a-q1.pdf

一、TMUX13xxA - Q1概述

TMUX13xxA - Q1系列包含TMUX1308A - Q1和TMUX1309A - Q1两款产品。TMUX1308A - Q1是一款8:1、单通道（单端）多路复用器，而TMUX1309A - Q1则是4:1、双通道（差分）多路复用器。它们均为通用互补金属氧化物半导体（CMOS）多路复用器，适用于汽车和工业等对可靠性要求极高的应用场景。

二、特性亮点

2.1 汽车级认证与宽温范围

该系列产品通过了AEC - Q100认证，适用于汽车应用，其环境工作温度范围为 - 40°C至125°C，能够在恶劣的汽车环境中稳定工作。

2.2 注入电流控制

内部注入电流控制特性是该系列产品的一大亮点。传统的CMOS开关在面对高于正电源（VDD + ∆V）或低于地（VSS）的输入电压时，注入电流会通过输入保护二极管流入电源，影响系统的准确性和可靠性。而TMUX13xxA - Q1的内部注入电流控制电路，可使禁用信号路径上的信号超过电源电压，而不影响启用信号路径的信号。这一特性消除了通常用于保护开关和保持输入信号在电源电压范围内的外部二极管和电阻网络的需求，大大简化了设计。

2.3 双向操作与轨到轨运行

支持双向信号路径，从源（Sx）到漏（Dx）或从漏（Dx）到源（Sx）的导通性能相同，可作为多路复用器和多路解复用器，支持模拟和数字信号。同时，有效的信号路径输入和输出电压范围从GND到VDD，实现了轨到轨运行。

2.4 1.8V逻辑兼容与故障安全逻辑

所有逻辑控制输入支持1.8V逻辑兼容控制，即使在5.5V电源电压下工作，也能提供1.8V逻辑控制，可与低逻辑I/O轨的处理器直接接口，节省空间和物料清单（BOM）成本。此外，控制输入引脚（EN、A0、A1和A2）具有故障安全逻辑，允许在电源引脚状态不确定的情况下，逻辑引脚工作电压最高可达5.5V，保护设备免受潜在损坏，减少了系统对电源时序的要求。

2.5 高阻抗负载优化

在高阻抗负载应用中，TMUX13xxA - Q1表现出色。当开关输入连接到高阻抗输出时，输入侧的RC网络会导致输出稳定时间变长。该系列产品通过减少RC网络，降低了电荷注入的影响，从而加快了输出的稳定时间。

2.6 其他特性

还具备快速稳定时间、低导通电容、短路到电池保护、静电放电（ESD）保护等特性，进一步提高了产品的可靠性和适用性。

三、应用场景

3.1 汽车电子

在汽车领域，TMUX13xxA - Q1可用于车身控制模块（BCM）、电池管理系统（BMS）、HVAC控制模块、汽车头单元和远程信息处理等。例如，在BCM中，可用于复用各种物理开关，减少GPIO或ADC输入的数量，简化系统设计。

3.2 工业自动化

在工业自动化系统中，可用于模拟和数字信号的复用和解复用、诊断和监控等应用。特别是在恶劣环境和长电缆应用中，其注入电流控制特性可有效抵御开关或瞬态事件引起的注入电流。

四、设计要点

4.1 电源供应

TMUX1308A - Q1和TMUX1309A - Q1的工作电源范围为1.62V至5.5V，但需注意不要超过绝对最大额定值。为了提高噪声容限和防止开关噪声传播，建议使用0.1μF至10μF的电源去耦电容，将其尽可能靠近设备的电源引脚，并采用低阻抗连接。推荐使用多层陶瓷片式电容器（MLCC），对于对噪声敏感的系统，避免使用过孔连接电容器到设备引脚，可提高噪声免疫力。

4.2 PCB布局

• 走线拐角处理：PCB走线在90°拐角处会发生反射，应尽量采用圆角或45°角走线，以保持走线宽度恒定，减少反射。
• 高速信号布线：高速信号应尽量减少过孔和拐角的使用，增加过孔周围的间隙尺寸，以减少电容。设计测试点时，应避免在高频下使用通孔引脚。
• 电源和信号隔离：将VDD引脚用0.1µF电容去耦，尽量缩短输入线长度，使用实心接地平面减少电磁干扰（EMI）噪声拾取。避免敏感模拟走线与数字走线并行，必要时采用垂直交叉。

4.3 注入电流控制设计

在设计过程中，需考虑注入电流的影响。当输入信号电压高于VDD或低于GND时，注入电流控制电路将启动。为了确保设备安全，需使用串联限流电阻将注入设备的总电流限制在100mA以内。在不同的工作场景下，如通道未选中且输入信号大于VDD、通道选中且输入信号大于VDD、设备未供电但输入信号有电压等，注入电流控制电路的工作方式有所不同，需根据具体情况进行设计。

4.4 短路到电池保护设计

在汽车应用中，短路到电池是一个需要重点考虑的问题。通过合理选择限流电阻（RLIM），可以在短路到电池的情况下保护设备。不同的电池电压（VBAT）对应不同的RLIM值，需根据实际情况进行计算和选择。

五、总结

TMUX13xxA - Q1系列多路复用器以其丰富的特性和广泛的应用场景，为汽车和工业等领域的信号切换和复用提供了高性能、高可靠性的解决方案。在设计过程中，工程师们需要充分考虑电源供应、PCB布局、注入电流控制和短路到电池保护等关键要点，以确保系统的稳定性和可靠性。你在使用TMUX13xxA - Q1过程中遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。