由于 PCB 布线长度而产生的寄生电感会在开关事件期间导致过冲和振铃。 由于过冲、输出电压可能短暂超过预期的输出电压值、然后轻微振荡并稳定至稳定状态值。 根据公式 V = L * di/dt、电流在短时间内变化(例如开关事件)将导致电压尖峰(大约为布线的寄生电感)。 这是过冲或振铃效应的原因。
大过冲会对任何系统产生影响。 过冲可能会损坏系统下游的组件、增加系统稳定时间或导致信号测量误差。 某些应用可能对过冲事件敏感。 例如、超声波流量计等超声波系统可能会受到低电压信号过冲的影响。 此外、过冲事件会影响远程无线电单元应用。
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 TMUX1247等器件、系统可以控制 DAC 何时连接到功率放大器。 DAC 输出用于通过5V 信号对功率放大器的栅极进行偏置。 通过将栅极切换至 GND (0V)、开关的选择引脚可以停止偏置功率放大器。 下图显示了配置为控制功率放大器的 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、从 GND (0V)切换到 DAC 输出电压(5V)时、开关的输出可能会发生过冲。 可以实现多种解决方案来减少或消除过冲或振铃效应。
为了复制和测量 TMUX1247中的过冲、实现了图2中的测试设置。 开关的电源电压为5V。漏极引脚(D)的输出是在 S1 (GND)切换到 S2 (5V)以及使用选择引脚从 S2切换到 S1的情况下测量的。 选择的高电平值为1.8V、选择低电平值为0V。
图2. 用于测量过冲的测试设置。
图3中的示波器截图显示了 TMUX1247的开关响应。 选择信号、黄色波形、从低电平上升到高电平、导致开关从 S1切换到 S2。 蓝色波形是开关的输出响应。 请注意、存在437 mV 的正过冲、这可能会对系统造成损坏。
图3. TMUX1247：漏极引脚上上升输出信号的过冲。
此外、在将选择引脚从高电平切换为低电平时、可以观察到过冲。 图4中的示波器截图显示了选择引脚从1.8V 切换到0V 时 TMUX1247的开关响应。 请注意、过冲也发生在输出的下降沿。
图4. TMUX1247：漏极引脚上下降输出信号的过冲。
解决方案1.
在设计 PCB 布局时、务必考虑几条指南、以最大程度地减少过冲和振铃。 实现以下更改将解决由布线寄生效应引起的过冲的常见原因。
- µF 0.1 μ F 电容器对 VDD 引脚去耦、放置位置应尽可能靠近引脚。 确保电容器额定电压足以支持 VDD 电源。
- 保持输入线路尽可能短、以减少寄生电感和电容。
- 使用实心接地层有助于降低电磁干扰(EMI)噪声拾取。
- 不要将敏感的模拟走线与数字走线并联。 尽可能避免数字和模拟走线交叉、并且仅在必要时进行垂直交叉。
- 为了减少布线转弯引起的反射、最佳做法是使边缘圆形、以保持布线宽度一致。
- 将负载阻抗与源阻抗匹配、以最大限度地减少信号反射。
解决方案2.
在开关的漏极引脚处放置一个接地电容器。 电容器值将随过冲量而变化、但可能大约为100pF 至10nF。 额外的电容会降低过冲的影响、但也会影响系统的时序和稳定要求。
解决方案3.
另一种防止过冲的解决方案是使用 TMUX1237、这是一款与 TMUX1247引脚兼容的新器件、旨在防止过冲事件。 TMUX1237 现可在 TI.com 上预览。
在该测试设置中、通过将 TMUX1247替换为 TMUX1237并使用相同的电源和信号电压、在将选择引脚从低电平升高到高电平时、漏极引脚上没有观察到过冲。 开关时间为77ns、比先前建议的在漏极引脚上添加电容的解决方案更快。
图5. TMUX1237：漏极引脚上上升输出信号无过冲。
此外、当选择引脚从高电平切换为低电平时、TMUX1237的输出上没有观察到过冲。
图6. TMUX1237：漏极引脚上无下降输出信号过冲。
如果您的系统对过冲事件敏感、您可能需要在开关的漏极引脚上添加一个电容器或重新设计 PCB 以符合上述建议。 或者、如果 TMUX1237的配置与您的系统兼容、请考虑使用新的 TMUX1237替换您当前的器件。
请参阅随附的有关资质认证详细信息的详细信息。
