怎样选择正确的德州仪器(TI)信号开关（芯片选型），参数介绍

信号开关

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Application Note

选择正确的德州仪器

(TI)

信号开关

摘要

德州仪器 (TI) 提供品类丰富的开关和多路复用器，支持各种配置、电压、带宽和封装需求。本应用手册总结了模

拟信号开关的主要特性和性能特征，以及选择合适 TI 信号开关时的应用注意事项。

内容

1 引言...........................................................................................................................................................................................4

1.1 理想与非理想开关...............................................................................................................................................................4

2 信号开关基本结构..................................................................................................................................................................... 6

2.1 NFET 开关..........................................................................................................................................................................6

2.2 传输门开关......................................................................................................................................................................... 6

2.3 带有电荷泵的 NFET........................................................................................................................................................... 7

3 模拟与数字信号开关..................................................................................................................................................................9

3.1 双向开关.............................................................................................................................................................................9

3.2 配置和通道......................................................................................................................................................................... 9

4 信号开关规格和特性................................................................................................................................................................10

5 德州仪器 (TI) 模拟信号开关和多路复用器产品系列................................................................................................................ 16

5.1 精密开关和多路复用器..................................................................................................................................................... 16

5.2 保护开关和多路复用器..................................................................................................................................................... 16

5.3 通用开关和多路复用器..................................................................................................................................................... 20

5.4 汽车开关和多路复用器..................................................................................................................................................... 21

6 数字信号应用中的开关和多路复用器性能............................................................................................................................... 22

7 应用.........................................................................................................................................................................................23

7.1 SPI 多路复用.................................................................................................................................................................... 23

7.2 对外部 ADC 的信号进行多路复用.....................................................................................................................................24

7.3 故障敏感条件下对外部 ADC 的信号进行多路复用........................................................................................................... 25

7.4 可切换的运算放大器增益设置...........................................................................................................................................25

7.5 多路复用车身控制模块 (BCM) 输入..................................................................................................................................26

7.6 使用外部电阻器选择高电流范围.......................................................................................................................................27

7.7 工厂自动化控制系统中的故障保护................................................................................................................................... 27

7.8 采样和保持电路................................................................................................................................................................ 28

8 总结.........................................................................................................................................................................................29

9 修订历史记录.......................................................................................................................................................................... 29

A 附录 A.....................................................................................................................................................................................30

A.1 模拟性能 – CD、HC、CBT、LVC 和 LV........................................................................................................................ 30

A.2 SN74CBT 特性.................................................................................................................................................................32

A.3 CD74HCT 特性................................................................................................................................................................ 33

A.4 CD74HC 特性.................................................................................................................................................................. 34

A.5 SN74HC 特性...................................................................................................................................................................37

A.6 CD4066B 特性................................................................................................................................................................. 40

A.7 LV-A 特性......................................................................................................................................................................... 44

A.8 LVC 特性..........................................................................................................................................................................48

A.9 CBTLV 特性..................................................................................................................................................................... 52

插图清单

图 1-1. 理想开关...........................................................................................................................................................................4

图 1-2. CMOS (FET) 开关的行为模型..........................................................................................................................................4

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图 2-1. N 沟道 FET 开关.............................................................................................................................................................. 6

图 2-2. V

= 5V 时，N 沟道 FET 开关的导通电阻与最低 I/O 电压间的关系.............................................................................. 6

图 2-3. 并联 N/P 沟道 FET（传输门）开关..................................................................................................................................7

图 2-4. 并联 n /p 沟道 FET 开关的导通电阻与输入电压间的关系................................................................................................ 7

图 2-5. 带有电荷泵的 NMOS 系列开关基本结构..........................................................................................................................8

图 3-1. 双向信号路径....................................................................................................................................................................9

图 4-1. 逻辑阈值.........................................................................................................................................................................10

图 4-2. 导通电阻.........................................................................................................................................................................11

图 4-3. 源极和漏极关断电容.......................................................................................................................................................11

图 4-4. 源极和漏极导通电容.......................................................................................................................................................11

图 4-5. 带宽................................................................................................................................................................................12

图 4-6. 通道-通道串扰................................................................................................................................................................ 12

图 4-7. 电荷注入.........................................................................................................................................................................13

图 4-8. 关断隔离.........................................................................................................................................................................13

图 4-9. 导通泄漏电流..................................................................................................................................................................13

图 4-10. 关断泄漏电流................................................................................................................................................................14

图 4-11. 先断后合时间 (t

BBM

)......................................................................................................................................................14

图 4-12. 导通 (t

) 和关断 (t

OFF

) 时间........................................................................................................................................14

图 4-13. 自动防故障逻辑............................................................................................................................................................15

图 5-1. 断电保护.........................................................................................................................................................................17

图 5-2. 过压保护阈值..................................................................................................................................................................17

图 5-3. TMUX1072 过压保护波形.............................................................................................................................................. 18

图 5-4. 欠压保护阈值..................................................................................................................................................................18

图 7-1. 多路复用闪存..................................................................................................................................................................23

图 7-2. 隔离 JTAG、SPI 和 GPIO 信号......................................................................................................................................23

图 7-3. 对外部 ADC 的信号进行多路复用.................................................................................................................................. 24

图 7-4. 故障敏感条件下对外部 ADC 的信号进行多路复用......................................................................................................... 25

图 7-5. 可切换的运算放大器增益设置........................................................................................................................................ 25

图 7-6. 多路复用 BCM 输入........................................................................................................................................................26

图 7-7. 使用外部电阻器选择高电流范围.....................................................................................................................................27

图 7-8. 工厂自动化控制系统中的故障保护................................................................................................................................. 27

图 7-9. 使用 TMUX611x 模拟开关实现采样和保持电路............................................................................................................. 28

图 A-1. Log r

与 V

间的关系，V

= 5V (SN74CBT3125)..................................................................................................... 32

图 A-2. r

与 V

间的关系，V

= 5V (SN74CBT3125)............................................................................................................ 32

图 A-3. V

与 V

间的关系，V

= 5V (SN74CBT3125)............................................................................................................ 33

图 A-4. V

与 V

间的关系，V

= 5V (CD74HCT4066)............................................................................................................33

图 A-5. r

与 V

间的关系，V

= 5V (CD74HCT4066)............................................................................................................34

图 A-6. V

与 V

间的关系，V

= 4.5V (CD74HC4066)...........................................................................................................34

图 A-7. r

与 V

间的关系，V

= 4.5V (CD74HC4066)........................................................................................................... 35

图 A-8. V

与 V

间的关系，V

= 6V (CD74HC4066)..............................................................................................................35

图 A-9. r

与 V

间的关系，V

= 6V (CD74HC4066).............................................................................................................. 36

图 A-10. V

与 V

间的关系，V

= 9V (CD74HC4066)............................................................................................................36

图 A-11. r

与 V

间的关系，V

= 9V (CD74HC4066)............................................................................................................ 37

图 A-12. V

与 V

间的关系，V

= 2V (SN74HC4066)............................................................................................................ 37

图 A-13. r

与 V

间的关系，V

= 2V (SN74HC4066)............................................................................................................ 38

图 A-14. V

与 V

间的关系，V

= 4.5V (SN74HC4066)......................................................................................................... 38

图 A-15. r

与 V

间的关系，V

= 4.5V (SN74HC4066)......................................................................................................... 39

图 A-16. V

与 V

间的关系，V

= 6V (SN74HC4066)............................................................................................................ 39

图 A-17. r

与 V

间的关系，V

= 6V (SN74HC4066)............................................................................................................ 40

图 A-18. V

与 V

间的关系，V

= 5V (CD4066B)...................................................................................................................40

图 A-19. r

与 V

间的关系，V

= 5V (CD4066B)...................................................................................................................41

图 A-20. V

与 V

间的关系，V

= 10V (CD4066B).................................................................................................................41

图 A-21. r

与 V

间的关系，V

= 10V (CD4066B).................................................................................................................42

图 A-22. V

与 V

间的关系，V

= 15V (CD4066B).................................................................................................................42

图 A-23. r

与 V

间的关系，V

= 15V (CD4066B).................................................................................................................43

图 A-24. V

与 V

间的关系，V

= 2V (SN74LV4066A)...........................................................................................................44

图 A-25. r

与 V

间的关系，V

= 2V (SN74LV4066A)........................................................................................................... 44

图 A-26. V

与 V

间的关系，V

= 2.5V (SN74LV4066A)........................................................................................................45

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图 A-27. r

与 V

间的关系，V

= 2.5V (SN74LV4066A)........................................................................................................ 45

图 A-28. V

与 V

间的关系，V

= 3.3V (SN74LV4066A)........................................................................................................46

图 A-29. r

与 V

间的关系，V

= 3.3V (SN74LV4066A)........................................................................................................ 46

图 A-30. V

与 V

间的关系，V

= 5V (SN74LV4066A)...........................................................................................................47

图 A-31. r

与 V

间的关系，V

= 5V (SN74LV4066A)........................................................................................................... 47

图 A-32. V

与 V

间的关系，V

= 1.8V (SN74LVC1G66).......................................................................................................48

图 A-33. r

与 V

间的关系，V

= 1.8V (SN74LVC1G66)....................................................................................................... 48

图 A-34. V

与 V

间的关系，V

= 2.5V (SN74LVC1G66).......................................................................................................49

图 A-35. r

与 V

间的关系，V

= 2.5V (SN74LVC1G66)....................................................................................................... 49

图 A-36. V

与 V

间的关系，V

= 3.3V (SN74LVC1G66).......................................................................................................50

图 A-37. r

与 V

间的关系，V

= 3.3V (SN74LVC1G66)....................................................................................................... 50

图 A-38. V

与 V

间的关系，V

= 5V (SN74LVC1G66)..........................................................................................................51

图 A-39. r

与 V

间的关系，V

= 5V (SN74LVC1G66).......................................................................................................... 51

图 A-40. V

与 V

间的关系，V

= 2.5V (SN74CBTLV3125)...................................................................................................52

图 A-41. r

与 V

间的关系，V

= 2.5V (SN74 CBTLV3125).................................................................................................. 52

图 A-42. V

与 V

间的关系，V

= 3.3V (SN74CBTLV3125)...................................................................................................53

图 A-43. r

与 V

间的关系，V

= 3.3V (SN74CBTLV3125)................................................................................................... 53

表格清单

表 3-1. 配置和通道....................................................................................................................................................................... 9

表 5-1. 模拟精密开关和多路复用器............................................................................................................................................16

表 5-2. 模拟保护开关和多路复用器............................................................................................................................................19

表 5-3. 通用开关和多路复用器................................................................................................................................................... 20

表 5-4. 汽车开关和多路复用器 – AECQ100............................................................................................................................. 21

表 6-1. 数字性能概要..................................................................................................................................................................22

表 A-1. V

大于 5.5V ...............................................................................................................................................................30

表 A-2. V

= 4.5V ....................................................................................................................................................................30

表 A-3. V

= 3V .......................................................................................................................................................................30

表 A-4. V

= 2.5V ....................................................................................................................................................................31

表 A-5. SN74CBT3125 模拟参数测量数据 ................................................................................................................................33

表 A-6. CD74HCT4066 模拟参数测量数据 ............................................................................................................................... 34

表 A-7. CD74HC4066 模拟参数测量数据...................................................................................................................................37

表 A-8. SN74HC4066 模拟参数测量数据...................................................................................................................................40

表 A-9. CD4066B 模拟参数测量数据......................................................................................................................................... 43

表 A-10. SN74LV4066A 模拟参数测量数据............................................................................................................................... 47

表 A-11. SN74LVC1G66 模拟参数测量数据...............................................................................................................................51

表 A-12. SN74CBTLV3125 模拟参数测量数据...........................................................................................................................53

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所有商标均为其各自所有者的财产。

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1 引言

模拟开关设计用于导通（或隔离）模拟信号（包括电压和电流信号）以及支持模拟应用（例如音频和视频数据传

输）。德州仪器 (TI) 提供了各种各样的开关和多路复用器，以提高系统设计的准确性、系统的可靠性和平台的可

扩展性。

选择合适的产品可能是一项艰巨的任务。本应用报告探讨了 TI 开关和多路复用器系列的一些关键特征和特性，方

便用户更简单、更高效地进行选择。

1.1 理想与非理想开关

首次考虑开关时，可能会想到理想开关的原理图（类似于图 1-1）。

(In) (Out)

I/O I/O

Signal In = Signal Out

图 1-1. 理想开关

施加到图 1-1 左侧 I/O 引脚（或端口）的输入信号在右侧 I/O 引脚上产生相同的输出信号，反之亦然。但是，在现

实世界中，开关并不是理想的，总会有一些损耗。对于正常工作的机械开关，其损耗极小，几乎注意不到。

像机械开关一样，固态开关也不理想。实际上，固态开关相关的损耗可能很大。如果距离理想情况如此之远，为

何要使用这样的开关？答案是方便。与继电器等传统的电控开关相比，固态开关的体积小、速度快、易于使用、

易于控制，并且消耗的功率相对较少。本应用报告中提到的开关为互补金属氧化物半导体 (CMOS) 场效应晶体管

(FET) 开关。如前所述，这些开关并不理想，因此我们需要一种方法来检查和比较不同 CMOS 系列的性能特征。

图 1-2 示出了 CMOS 开关的简化电路模型。

(In)

(Out)

CMOS (FET) Switch

Control or Enable

I/OI/O

Signal In > Signal Out

A C

CHNL

图 1-2. CMOS (FET) 开关的行为模型

输出信号（图 1-2 右侧）因开关的寄生效应发生了改变。结果可能包括幅度降低、信号失真、相移、噪声引入以

及频率衰减。

影响非理想特性的参数包括：

• C

- 控制（启用）引脚输入电容

引言

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