汽車級多路復用器TMUX13xxA - Q1：特性、應用與設(shè)計要點

在汽車電子系統(tǒng)不斷發(fā)展的今天，對于高性能、高可靠性的模擬和數(shù)字信號處理元件的需求日益增長。TMUX1308A - Q1和TMUX1309A - Q1作為德州儀器（TI）推出的汽車級多路復用器，憑借其卓越的性能和豐富的特性，在汽車電子領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的應用潛力。

文件下載：tmux1309a-q1.pdf

一、產(chǎn)品概述

TMUX1308A - Q1是一款8:1單通道（單端）多路復用器，而TMUX1309A - Q1則是4:1雙通道（差分）多路復用器。它們均為通用互補金屬氧化物半導體（CMOS）多路復用器，支持源（Sx）和漏（Dx）引腳上從GND到VDD的雙向模擬和數(shù)字信號傳輸。這兩款產(chǎn)品經(jīng)過AEC - Q100認證，適用于汽車應用，工作溫度范圍為 - 40°C至125°C，能夠在惡劣的汽車環(huán)境中穩(wěn)定工作。

二、特性亮點

2.1 注入電流控制

傳統(tǒng)的CMOS開關(guān)在面對注入電流時，可能會出現(xiàn)信號干擾、系統(tǒng)可靠性降低等問題。而TMUX13xxA - Q1系列產(chǎn)品具有內(nèi)部注入電流控制功能，它消除了通常用于保護開關(guān)和使輸入信號保持在電源電壓范圍內(nèi)的外部二極管和電阻網(wǎng)絡(luò)的需求。內(nèi)部注入電流控制電路允許禁用或啟用的信號路徑上的信號超過電源電壓，同時防止高于VDD的禁用通道影響啟用信號路徑的信號。這一特性大大提高了系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性。

2.2 反向供電保護

該系列產(chǎn)品沒有到VDD的ESD二極管路徑，這消除了損壞連接到電源引腳的組件或為電源軌提供意外電源的風險。這在汽車電子系統(tǒng)中尤為重要，因為汽車環(huán)境中可能會出現(xiàn)各種復雜的電氣干擾和故障情況，反向供電保護能夠有效保護系統(tǒng)免受損壞。

2.3 寬電源范圍

支持1.62V至5.5V的寬電源范圍，使得TMUX13xxA - Q1能夠適應不同的電源系統(tǒng)，提高了產(chǎn)品的通用性和靈活性。無論是低電壓的傳感器電路還是高電壓的執(zhí)行器控制電路，都可以使用這兩款多路復用器。

2.4 快速建立時間和低導通電容

快速建立時間確保了信號能夠迅速穩(wěn)定，減少了信號傳輸?shù)难舆t，提高了系統(tǒng)的響應速度。低導通電容則降低了信號的損耗和失真，保證了信號的質(zhì)量。

2.5 雙向信號路徑和軌到軌操作

雙向信號路徑允許信號在源和漏之間雙向傳輸，使得TMUX13xxA - Q1既可以作為多路復用器使用，也可以作為解復用器使用。軌到軌操作則保證了信號在整個電源電壓范圍內(nèi)都能正常傳輸，提高了信號的動態(tài)范圍。

2.6 1.8V邏輯兼容和故障安全邏輯

1.8V邏輯兼容輸入允許多路復用器與具有較低邏輯I/O電壓的處理器接口，無需外部電壓轉(zhuǎn)換器，節(jié)省了空間和物料清單成本。故障安全邏輯則允許在電源引腳施加電壓之前在控制引腳上施加電壓，保護設(shè)備免受潛在損壞，同時減少了系統(tǒng)復雜度。

2.7 先斷后通切換和短路到電池保護

先斷后通切換功能避免了在切換過程中出現(xiàn)兩個輸入同時連接的情況，保證了信號切換的安全性和穩(wěn)定性。短路到電池保護則為開啟和關(guān)閉通道提供了額外的保護，防止因短路故障導致設(shè)備損壞。

2.8 功能安全能力

該系列產(chǎn)品具備功能安全能力，并提供相關(guān)文檔以輔助功能安全系統(tǒng)設(shè)計，滿足了汽車電子系統(tǒng)對安全性的嚴格要求。

三、應用領(lǐng)域

3.1 模擬和數(shù)字信號復用與解復用

在汽車電子系統(tǒng)中，需要對多個模擬和數(shù)字信號進行復用和解復用處理，以實現(xiàn)信號的有效傳輸和處理。TMUX13xxA - Q1可以將多個輸入信號切換到一個輸出端，或者將一個輸入信號分配到多個輸出端，從而實現(xiàn)信號的復用和解復用功能。

3.2 診斷和監(jiān)測

用于汽車電子系統(tǒng)的診斷和監(jiān)測功能，例如監(jiān)測電池管理系統(tǒng)（BMS）中的多個電池電壓、監(jiān)測車身控制模塊（BCM）中的各種傳感器信號等。通過多路復用器，可以減少微控制器的GPIO或ADC輸入數(shù)量，降低系統(tǒng)成本。

3.3 區(qū)域架構(gòu)和車身控制模塊

在汽車的區(qū)域架構(gòu)和車身控制模塊中，需要對大量的輸入信號進行處理和控制，如照明、門鎖、車窗、雨刮器、轉(zhuǎn)向燈等。TMUX13xxA - Q1可以有效地對這些輸入信號進行復用，減少系統(tǒng)的復雜性和成本。

3.4 電池管理系統(tǒng)（BMS）

在BMS中，需要對多個電池單元的電壓、電流等參數(shù)進行監(jiān)測。多路復用器可以將多個電池單元的信號依次切換到測量電路中，實現(xiàn)對多個電池單元的實時監(jiān)測。

3.5 其他應用

還可應用于HVAC控制模塊、汽車主機、遠程信息處理、車載（OBC）和無線充電等領(lǐng)域。

四、典型應用案例 - 車身控制模塊（BCM）信號復用

4.1 設(shè)計要求

以一個典型的BCM信號復用應用為例，設(shè)計要求如下：

• 電源電壓（VDD）：5.0V
• I/O信號范圍：0V至VDD（軌到軌）
• 控制邏輯閾值：1.8V兼容
• 開關(guān)輸入：八個

4.2 詳細設(shè)計過程

• 注入電流控制：TMUX1308A - Q1的內(nèi)部注入電流控制功能消除了外部保護網(wǎng)絡(luò)的需求。在汽車系統(tǒng)中，長電纜可能會引入感應電流，而BCM中的濕電流也可能導致注入電流。如果沒有注入電流控制，注入到禁用信號路徑的電流可能會影響啟用信號路徑的測量輸出，導致誤觸發(fā)事件和測量讀數(shù)錯誤。
• 濕電流處理：BCM使用12V電池電壓為每個開關(guān)提供濕電流，以防止金屬開關(guān)觸點或電線氧化。在多路復用器輸入之前，使用20kΩ和15kΩ電阻形成分壓器，以確保開關(guān)信號路徑的電壓低于VDD。20kΩ的串聯(lián)電阻還可以在過壓事件發(fā)生時限制注入開關(guān)的電流量。
• 二極管和電容的作用：二極管D1至D8用于防止電流回流，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。10nF電容用于系統(tǒng)的初始ESD保護，其大小應根據(jù)系統(tǒng)級要求進行調(diào)整。
• 邏輯地址控制：邏輯地址引腳由微控制器控制，以循環(huán)切換系統(tǒng)中的八個開關(guān)輸入。如果希望設(shè)備的上電狀態(tài)為禁用，則使能引腳應使用弱上拉電阻，并由微控制器通過GPIO進行控制。

4.3 短路到電池保護

在汽車應用中，短路到電池是一種常見的故障情況，因此評估多路復用器在短路到電池條件下的性能非常重要。以5V電源電壓為例，分別對不同的短路到電池場景進行了測試：

• 單通道短路：當通道S7被選中，通道S0發(fā)生短路到電池情況時，根據(jù)不同的電池電壓（VBAT），需要選擇合適的限流電阻（RLIM），以確保通過開關(guān)的電流不超過規(guī)定值（如25mA），并使輸出電壓變化（?VOUT）盡可能小。
• 多通道短路：當所有未選中的通道同時發(fā)生短路到電池情況時，需要進一步降低允許的電流值（如12.5mA），并相應調(diào)整限流電阻的值。

五、設(shè)計要點

5.1 電源供應

TMUX1308A - Q1和TMUX1309A - Q1可在1.62V至5.5V的寬電源范圍內(nèi)工作，但不要超過絕對最大額定值。為了提高噪聲容限和防止開關(guān)噪聲從VDD電源傳播到其他組件，建議使用0.1μF至10μF的電源去耦電容，并將其盡可能靠近設(shè)備的電源引腳放置。同時，應選擇低等效串聯(lián)電阻（ESR）和電感（ESL）的多層陶瓷片式電容器（MLCC）。

5.2 布局設(shè)計

• PCB布線：高速信號應盡量減少過孔和拐角，以減少信號反射和阻抗變化。當需要使用過孔時，應增加其周圍的間隙大小，以最小化電容。
• 電源和接地：電源引腳（VDD）應使用0.1μF電容進行去耦，并靠近引腳放置。同時，應使用實心接地平面來減少電磁干擾（EMI）噪聲拾取。
• 模擬和數(shù)字信號分離：敏感的模擬跡線不應與數(shù)字跡線并行運行，盡可能避免數(shù)字和模擬跡線交叉，必要時應進行垂直交叉。

總結(jié)

TMUX1308A - Q1和TMUX1309A - Q1汽車級多路復用器憑借其豐富的特性和卓越的性能，為汽車電子系統(tǒng)的設(shè)計提供了一個可靠的解決方案。在實際應用中，工程師們需要根據(jù)具體的設(shè)計要求和系統(tǒng)環(huán)境，合理選擇產(chǎn)品型號，并注意電源供應、布局設(shè)計等關(guān)鍵要點，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。你在使用這類多路復用器時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗。