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[FAQ] 【分享】调试和解决开关事件中的过冲

Other Parts Discussed in Thread: TMUX1247, TMUX1237


由于PCB线路长度引起的寄生电感会在开关事件期间引起过冲和振铃。在轻微振荡并稳定到稳态值之前,由于过冲,输出电压可能短暂超过预期输出电压值。根据方程V=L*di/dt,电流在短时间内的变化,如开关事件,将导致电压尖峰,其幅值与PCB线路的寄生电感相关,这就是产生过冲或振铃效应的原因。

大的超调量会对任何系统产生影响。过冲可能会损坏系统下游的部件,增加系统稳定时间,或导致信号测量错误。某些应用可能对过冲事件敏感。例如,诸如超声波流量计之类的超声波系统可能会受到因低电压信号引起的过冲的影响。此外,过冲事件会影响远程无线电单元的应用。

在远程无线电单元应用中,开关可用于控制功率放大器级的输入,以实现系统级保护。利用诸如TMUX1247之类的设备允许系统控制DAC何时连接到功率放大器。利用DAC输出对功率放大器的栅极进行5V偏置。开关的选择引脚可以通过将栅极切换到GND(0 V)来停止对功率放大器的偏置。下图显示了为控制功率放大器而配置的TMUX1247。

图1功率放大器输入控制应用图

在寄生电感较大的情况下,当从GND(0 V)切换到DAC输出电压(5 V)时,开关的输出可能会出现过冲。有几种解决方案可以用来减少或消除过冲或振铃效应。

为了复制和测量TMUX1247中的超调量,实现了图2中的测试设置。开关的电源电压为5 V。在使用选择引脚从S1(GND)切换到S2(5 V)和从S2切换到S1的情况下,测量漏极引脚(D)的输出。选择高值为1.8V,选择低值为0V。

图2测量过冲的测试装置

图3中的示波器截图显示了TMUX1247的切换响应。选择信号(黄色波形)从低到高,使开关从S1切换到S2。蓝色波形是开关的输出响应。注意:正超调量为437 mV,可能会损坏系统。

图3 TMUX1247:漏极引脚输出上升信号过冲

此外,当选择引脚从高到低切换时,也可以观察到过冲。图4中的示波器截图显示了当select引脚从1.8V切换到0V时TMUX1247的切换响应。请注意,输出的下降沿也会发生过冲。

图4 TMUX1247:漏极引脚输出下降信号过冲

解决方案1

在设计PCB的布局时,要考虑几个准则,以尽量减少过冲和振铃,这一点很重要。实现以下更改将解决因PCB走线寄生而导致的过冲:

1、使用0.1-µF电容将VDD引脚解耦,电容器应尽可能靠近引脚。确保电容的额定电压满足VDD。

2、保持输入线尽可能短,以减少寄生电感和电容。

3、使用实心接地平面有助于减少电磁干扰(EMI)噪声拾取。

4、不要将敏感的模拟信号与数字信号平行走线。尽可能避免数字和模拟信号线交叉,并且仅在必要时进行垂直交叉。

5、为了减少由于迹线转弯而产生的反射,最佳做法是使边缘变圆,以保持迹线宽度一致。

6、匹配负载阻抗和源阻抗,以尽量减少信号反射。

解决方案2

在开关的漏极引脚处放置一个电容接地。电容值将随过冲量而变化,但可能在100pF到10nF之间。附加电容会降低过冲的影响,但也会影响系统的时间和稳定要求。

解决方案3

防止过冲的另一个解决方案是使用TMUX1237,这是一种与TMUX1247兼容的新设备,旨在防止过冲事件

在相同电源和信号电压的测试设置中,用TMUX1237替换TMUX1247,将select脚从低提升到高时,漏极引脚没有观察到过冲。开关时间为77ns,比先前提出的在漏极引脚上增加电容的解决方案快。

图5 TMUX1237:漏极引脚输出上升信号无过冲

此外,当select脚从高切换到低时,在TMUX1237的输出上没有观察到过冲。

图6 TMUX1237:漏极引脚输出下降信号无过冲

如果您的系统对过冲事件很敏感,您可能需要在开关的漏极引脚上添加一个电容,或者重新设计PCB以符合上述建议。或者,如果TMUX1237的配置与您的系统兼容,请考虑用新的TMUX1237替换当前设备。

TMUX1237数据手册:https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tmux1237.pdf