汽车级多路复用器TMUX1308-Q1和TMUX1309-Q1的特性与应用解析

在汽车电子系统不断发展的今天，对高性能、高可靠性的电子元件需求日益增长。德州仪器（Texas Instruments）推出的TMUX1308-Q1和TMUX1309-Q1汽车级多路复用器，凭借其出色的特性和广泛的应用场景，成为了电子工程师们在设计中的有力选择。今天，我们就来深入探讨这两款多路复用器的技术细节和应用案例。

文件下载：tmux1308-q1.pdf

产品概述

TMUX1308-Q1是一款8:1单通道（单端）多路复用器，而TMUX1309-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，支持源（Sx）和漏（Dx）引脚之间从GND到(V_{DD})的双向模拟和数字信号传输。

特性亮点

1. 汽车级认证与宽温范围

这两款器件均通过了AEC-Q100汽车应用认证，器件温度等级为1级，可在 -40°C至125°C的环境温度下稳定工作，能够适应汽车复杂的工作环境。

2. 注入电流控制与反向供电保护

内部注入电流控制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。同时，没有到(V_{DD})的ESD二极管路径，避免了反向供电对电源引脚连接组件的损坏风险。

3. 宽电源范围与低电容

支持1.62 V至5.5 V的宽电源范围，并且具有低电容特性，能够有效减少信号传输中的损耗和干扰，提高信号质量。

4. 双向信号路径与轨到轨操作

双向信号路径设计使得信号在源和漏之间的传输具有相同的特性，可作为多路复用器和解复用器使用。轨到轨操作则确保了信号在整个电源电压范围内的有效传输。

5. 1.8 V逻辑兼容与故障安全逻辑

所有逻辑输入均具有1.8 V逻辑兼容阈值，可与TTL和CMOS逻辑兼容。故障安全逻辑电路允许在电源引脚之前施加控制引脚电压，保护器件免受潜在损坏。

6. 先断后通开关与短路保护

先断后通开关特性避免了在切换过程中两个输入的连接，提高了系统的安全性。同时，具备短路到电池保护功能，增强了器件在异常情况下的可靠性。

应用场景

1. 模拟和数字多路复用与解复用

在需要对多个信号进行选择和传输的系统中，TMUX1308-Q1和TMUX1309-Q1可以有效地实现信号的多路复用和解复用功能，减少系统的输入输出引脚数量。

2. 诊断和监测

在汽车电子系统的诊断和监测模块中，能够对各种传感器信号进行选择和处理，为系统提供准确的状态信息。

3. 区域架构与车身控制模块

在车身控制模块（BCM）中，可用于多路复用各种物理开关的输入，减少GPIO或ADC输入的需求，降低系统复杂度和成本。

4. 电池管理系统（BMS）和HVAC控制模块

在电池管理系统和HVAC控制模块中，对不同的信号进行选择和传输，确保系统的稳定运行。

5. 汽车头单元、远程信息处理和充电系统

在汽车头单元、远程信息处理系统以及车载（OBC）和无线充电系统中，也能发挥重要作用，实现信号的高效传输和处理。

典型应用案例：车身控制模块（BCM）

以车身控制模块为例，汽车BCM需要管理众多功能，如照明、门锁、窗户、雨刮器、转向灯等。使用TMUX1308-Q1可以对这些物理开关的输入进行多路复用，减少MCU所需的GPIO或ADC输入数量。

设计要求

• 电源（(V_{DD})）：5.0 V
• I/O信号范围：0 V至(V_{DD})（轨到轨）
• 控制逻辑阈值：1.8 V兼容
• 开关输入：八个

详细设计过程

BCM使用12 V电池电压为每个开关提供湿电流，湿电流大小由(R{WETT})决定。20 kΩ和15 kΩ电阻用于创建电压分压器，确保开关信号路径电压低于(V{DD})。20 kΩ串联电阻还可限制过压事件时注入开关的电流。二极管D1至D8用于防止电流回流，10 nF电容器用于初始ESD保护。逻辑地址引脚由微控制器控制，循环选择八个开关输入。

短路到电池保护

在评估汽车级多路复用器的安全性和可靠性时，短路到电池的情况是一个重要的考量因素。通过对TMUX1308-Q1在不同短路到电池条件下的测试，我们得到了以下结论：

• 单通道短路：当一个通道（如S0）短路到电池时，根据不同的电池电压（(V{BAT})），需要选择合适的限流电阻（(R{LIM})）来保证通过开关的电流不超过最大允许值（如25 mA），同时确保输出电压变化（(Delta V_{OUT})）在可接受范围内。
• 多通道短路：当所有未选择的通道同时短路到电池时，最大允许电流限制为12.5 mA，同样需要根据电池电压选择合适的(R_{LIM})。
• 选中通道短路：当选中的通道短路到电池时，需要将输入电压限制在6 V以内，通过选择合适的(R_{LIM})来保证器件的正常工作。

电气特性与参数测量

1. 导通电阻（(R_{ON})）

导通电阻是衡量多路复用器性能的重要指标之一。TMUX1308-Q1和TMUX1309-Q1的导通电阻随输入电压和电源电压的变化而变化。在不同的电源电压下，导通电阻的典型值和最大值有所不同，例如在(V{DD}=1.8 V)时，导通电阻最大值可达1500 Ω；而在(V{DD}=5 V)时，最大值为270 Ω。

2. 关断泄漏电流

包括源关断泄漏电流（(I{S(OFF)})）和漏关断泄漏电流（(I{D(OFF)})）。在不同的电源电压和测试条件下，泄漏电流的最大值在 -800 nA至800 nA之间。

3. 动态特性

如传播延迟（(t{PD})）、输入之间的过渡时间（(t{TRAN})）、开启时间（(t{ON(EN)})）和关断时间（(t{OFF(EN)})）等。这些参数在不同的电源电压下也有所不同，例如在(V{DD}=1.8 V)时，传播延迟最大值为30 ns；而在(V{DD}=5 V)时，最大值为10 ns。

4. 注入电流耦合

注入电流耦合会影响输出电压的稳定性。通过测试不同电源电压和注入电流条件下的输出电压变化（(Delta V_{OUT})），可以评估器件在注入电流情况下的性能。

设计建议

1. 电源供应

TMUX1308-Q1和TMUX1309-Q1可在1.62 V至5.5 V的宽电源范围内工作，但需注意不要超过绝对最大额定值。为了提高电源的抗噪能力，建议在(V_{DD})和地之间使用0.1 μF至10 μF的去耦电容，并将其尽可能靠近器件的电源引脚放置。

2. PCB布局

在PCB布局时，应尽量减少高速信号的过孔和拐角，以减少信号反射和阻抗变化。增加过孔周围的间隙以减小电容。同时，要注意将(V_{DD})引脚用0.1 μF电容去耦，保持输入线尽可能短，使用实心接地平面减少电磁干扰（EMI）噪声拾取，避免敏感模拟迹线与数字迹线平行或交叉。

总结

TMUX1308-Q1和TMUX1309-Q1汽车级多路复用器凭借其丰富的特性和广泛的应用场景，为电子工程师在汽车电子系统设计中提供了可靠的解决方案。通过合理的设计和布局，可以充分发挥这两款器件的优势，提高系统的性能和可靠性。在实际应用中，电子工程师们还需要根据具体的设计要求和系统环境，对器件的参数和性能进行进一步的评估和优化，以确保系统的稳定运行。大家在使用这两款器件的过程中，有没有遇到过什么有趣的问题或者独特的应用场景呢？欢迎在评论区分享交流。