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[参考译文] TMUX1108:多个多路复用器的 D 引脚短接并级联到 TIA 时的干扰

Guru**** 1076790 points
Other Parts Discussed in Thread: TMUX1108, TMUX1111, TINA-TI, TMUX1112, TMUX6104
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/switches-multiplexers-group/switches-multiplexers/f/switches-multiplexers-forum/1172075/tmux1108-interference-when-d-pin-of-multiple-mux-shorted-and-cascaded-to-tia

器件型号:TMUX1108
主题中讨论的其他器件: TMUX1111TINA-TITMUX1112TMUX6104

你(们)好

正在寻找采用时分多路复用方式的传感器交叉开关阵列(32x32即32行和32列)表征。  

流经 TMUX1108特定通道(例如特定时间的第一个通道)的传感器电流将在0.1nA 至100nA 之间变化。 为了安全操作、我有以下问题。

  1. 我能否使用+/-2.5电源操作 TMUX1108 IC、以实现轨到轨运行、即+/-2.5V 输入模拟运行、还是需要一些余量?
  2. 为了实现最小泄漏和最小电容/寄生、我们使用四个 TMUX1108 IC 来探测32x32传感器阵列(已连接图像)。 通过使能引脚和 GPIO、我们希望(以时间多路复用的方式)在32x32纵横制架构中1024个可能位置之间描述特定传感器的特性。 如上所述、如果我们将四个 TMUX1108的 D 引脚短接(显示1:16多路复用器用于表示目的)、并进一步将电流测量值为0.1nA 至100nA、那么多路复用器输出中是否存在任何偏移/干扰/扰动?
  3. 在恒定温度和+/-2.5V 条件下、我们是否可以假设 Ron = 125欧姆且关断电容为1.5pF?
  4. 您能否详细说明一下、当我们将 D 引脚连接到任何选择器(如 S1)时、这些电容[CS (OFF)、CD (OFF)、CD、CS (ON)、CIN]恰好在何处形成? 为了便于您参考、我将附加一张图片、敬请评估。

谢谢、此致、

Deepak

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    嗨、Deepak、

    我将对此进行研究。 请在今天结束前给我、我将提供我的反馈。

    谢谢!
    Rami

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    嗨、Deepak、

    抱歉、这里出现延迟。  

    [引用 userid="541479" URL"~/support/switches-multiplexers-group/switches-multiplexers/f/switches-multiplexers-forum/1172075/tmux1108-interference-when-d-pin-of-multiple-mux-shorted-and-cascaded-to-tia "]我能否使用+/-2.5电源操作 TMUX1108 IC、以实现轨到轨运行、即+/-2.5V 范围的输入模拟或需要一些余量?[/quot]

    是 TMUX1108可在+/-2.5V 轨到轨电压范围内运行、无需余量。  

    [引用 userid="541479" URL"~/support/switches-multiplexers-group/switches-multiplexers/f/switches-multiplexers-forum/1172075/tmux1108-interference-when-d-pin-of-multiple-mux-shorted-and-cascaded-to-tia 为了实现最小泄漏和最小电容/寄生、我们使用四个 TMUX1108 IC 来探测32x32传感器阵列(已附上图像)。 通过使能引脚和 GPIO、我们希望(以时间多路复用的方式)在32x32纵横制架构中1024个可能位置之间描述特定传感器的特性。 如上所述、如果我们将四个 TMUX1108的 D 引脚短接(显示1:16多路复用器用于表示目的)、并进一步提供给跨阻放大器的输入以测量0.1nA 至100nA、那么多路复用器输出中是否会有任何偏移/干扰/扰动?[/quot]

    将4个多路复用器的输出短接也会将另一个关断漏极电容短接在一起。 假设1个通道打开、另31个通道关闭、您将在输出端看到(31*60pF + 65pF) 1925pF 或1.925nF 电容。 这也会极大地降低器件的带宽。 泄漏也将以相同的比例增加。 因此、0.01nA 的典型值将为0.31nA。 您可以尝试使用8个 TMUX1111来减少泄漏和累积的电容。 这将是更多的器件、但这种大幅增加的关断电容是一种很难解决的问题、需要将器件短接在一起以实现32:1多路复用器等功能。  
    另一个保持低泄漏的建议是保护您的电源轨(请参阅: 多路复用器应用中的保护)


    [引用 userid="541479" URL"~/support/switches-multiplexers-group/switches-multiplexers/f/switches-multiplexers-forum/1172075/tmux1108-interference-when-d-pin-of-multiple-mux-shorted-and-cascaded-to-tia "]在恒定温度和+/-2.5V 电压下、我们可以假设 Ron = 125欧姆、电容为1.5pF?

    我不确定您从哪里获得这些值。 TMUX1108具有2.5欧姆的非典型 RON 和65pF 的电容。  


    [引用 userid="541479" URL"~/support/switches-multiplexers-group/switches-multiplexers/f/switches-multiplexers-forum/1172075/tmux1108-interference-when-d-pin-of-multiple-mux-shorted-and-cascaded-to-tia "]当我们将 D 引脚连接到任何选择器(如 S1)时、您能否详细说明这些电容[CS (关)、CD (关)、CD、CS (开)、CIN]在何处形成? 为了便于您参考、我将附上一张图片、敬请评估。[/引述]

    因此、其中三幅图像是正确的、但最后一幅图像不正确。 Cin 是控制输入端的电容。  

    这里的另一个主要区别是 CS (on)和 CD (on)的图像。 此处的数据表可能会有点混乱、但列出的导通电容是总导通电容。 因此、虽然我们通常使用开关每侧的 CS (on)和 CD (on)对此进行建模、但65pF 不会乘以2。 您可以认为它是在两个电容器之间共享的。 因此、每个32.5pF 的总电容为65pF。

    请告诉我这是否清楚、您是否需要其他东西!

    谢谢、
    Rami

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    你(们)好,Rami

    感谢详细说明。 我对开关操作的时序还有一个疑问:请您澄清以下几点、这将大有帮助:

    1. 如何计算开关的 RC 延迟? 它是 RON (处于导通状态的源漏电阻器)乘以 Con (来自多个 IC 的有效电容)吗? 或者它是 RON + RL 乘以总 CON (来自多个 IC 的有效电容)、即漏极引脚上的负载是否会在开关动态中发挥任何作用? (已连接测试电路)
    2. 假设 TMUX 使用双极电源+/-2.5V 运行、我们是否应该使用精密运算放大器驱动保护环、其中运算放大器的同相输入强制连接到 TMUX 的 VSS、即-2.5V? 还是精密运算放大器的同相输入必须接地?
    3. 如果10mV、30nsec 的方波脉冲通过(S 至 D 或 D 至 S)单独通过开关的 TMUX1108 (一个 IC)、则由于开关寄生效应、输入脉冲中会发生多大的最大失真?
    4. 频域分析:以 nsec 脉冲(方形到三角形)为单位的失真将是由最低频率极点导致的? 是否有办法通过在传递函数中引入零来补偿这些极点的影响? 实现相同功能会让我感到困扰…!
    5. 用于 TMUX1108的 TINA-TI SPICE 模型不可用,但 IBIS 模型由 TI 提供,这将非常难进行仿真,即使我找不到一个单一来源帮助我在“更新的 LTSPICE,TINA”…中导入 IBIS 模型!

     测试电路以表征多路复用器 IC。

    谢谢、此致、

    Deepak

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    你(们)好,Rami

    我有一个关于多个 IC 短路导致的并联电容计算的后续问题。

    ********* 粘贴您的解决方案********

    将4个多路复用器的输出短接也会将另一个漏极电容短接在一起。 假设一个通道打开、另一个31关闭、您将在输出端看到(31*60pF + 65pF) 1925pF 或1.925nF 电容。

    (二 结束

    即使"我们禁用3个 IC、启用第一个 IC 的1个通道开启"、即在使用 GPIO 禁用 IC 时产生寄生效应、此计算是否有效?

    谢谢、此致、

    Deepak

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    嗨、Deepak、

    [引用 userid="541479" URL"~/support/switches-multiplexers-group/switches-multiplexers/f/switches-multiplexers-forum/1172075/tmux1108-interference-when-d-pin-of-multiple-mux-shorted-and-cascaded-to-tia/4413701 #4413701]\n 如何计算交换机的 RC 延迟? 它是 RON (处于导通状态的源漏电阻器)乘以 Con (来自多个 IC 的有效电容)吗? 或者它是 RON + RL 乘以总 CON (来自多个 IC 的有效电容)、即漏极引脚上的负载是否会在开关动态中发挥任何作用? (随附测试电路)[/quot]

    负载确实起着作用、并且通常情况下、时间比实际开关更重要、是决定时间的因素。 由于计时规格通常是在输出的10/90时相对于输入达到90/10时采用的、因此您确实需要考虑 RCLOAD。 您可以查看数据表中的测试设置概述以更好地了解(第8.1节)。
    此外,我们还有一个关于如何计算此值的常见问题解答,如果它有助于更清楚地说明问题: [常见问题解答]如何估算模拟开关/多路复用器中的传播延迟和通道间偏差?


    [引用 userid="541479" URL"~/support/switches-multiplexers-group/switches-multiplexers/f/switches-multiplexers-forum/1172075/tmux1108-interference-when-d-pin-of-multiple-mux-shorted-and-cascaded-to-tia/4413701 #4413701"]TMUX 使用双极电源+/-2.5V 运行时,我们是否应该使用精密运算放大器驱动保护环,其中运算放大器的同相输入强制连接到 TMUX 的 VSS (即-2.5V)? 还是精密运算放大器的同相输入必须接地?[/quot]

    这里的想法是使迹线和防护装置具有相同的电势、因此运算放大器输入应接地、否则您将增加偏置。  

    [引用 userid="541479" URL"~/support/switches-multiplexers-group/switches-multiplexers/f/switches-multiplexers-forum/1172075/tmux1108-interference-when-d-pin-of-multiple-mux-shorted-and-cascaded-to-tia/4413701 #4413701"]如果10mV、30nsec 的方波脉冲单独通过开关的 TMUX1108 (一个 IC)(S 到 D 或 D 到 S)、则由于开关寄生效应、输入脉冲中可能会发生多大的最大失真?

    是30纳秒的模块宽度吗? 我认为问题1涵盖了这一点。 在这里、它依赖于负载、但如果我们假设它进入没有电容负载的高阻抗节点(即仅器件 RC 具有影响)、我们可以使用最大 RON 和 CON (~5 Ω 和65pF)来估算这一点。 我得到了3.25ns。 定义失真的方式取决于您要测量的位置。 例如,如果您正在寻找90%的输出,那么2*tao (您的 RC 常数)将在那里。 如果您需要50到50的摆幅、那么1RC 就足够了。  
    为了真正估算失真、负载是必要的、在很多情况下、多路复用器不会产生几乎相同的影响。  

    [引用 userid="541479" URL"~/support/switches-multiplexers-group/switches-multiplexers/f/switches-multiplexers-forum/1172075/tmux1108-interference-when-d-pin-of-multiple-mux-shorted-and-cascaded-to-tia/4413701 #4413701"]频域分析:nsec 脉冲(平方到三角)的失真将是由于最低频率极点造成的? 是否有办法通过在传递函数中引入零来补偿这些极点的影响? 实施同样的方法会让我感到困扰…![/引述]

    您在这里将什么定义为失真? 如果您关注带宽或传播延迟、我不确定是否有一种在传递函数中引入零的好方法来减少这种情况。 您计划实际通过多路复用器(例如频率、电压)传输哪些类型的信号? 基于上述内容、您似乎正在寻找10mV @ 33MHz。 我对在这里使用4xTMUX1108可能起作用有点怀疑。 仅一个器件的带宽为90MHz。 添加其他3个关闭通道的关闭电容将会突破限制、因为当关闭电容略高且将输出连接在一起时、带宽将会大大降低。 在确定任何布局之前、您可能需要在电路板上自行测试这一点。   

    [引用 userid="541479" URL"~/support/switches-multiplexers-group/switches-multiplexers/f/switches-multiplexers-forum/1172075/tmux1108-interference-when-d-pin-of-multiple-mux-shorted-and-cascaded-to-tia/4413701 #4413701"]用于 TMUX1108的 TINA-TI SPICE 模型不可用,但 IBIS 模型由 TI 提供,这种模型很难进行仿真,即使我找不到一个能帮助我在“更新的 LTSPICE,TINA”中导入 IBIS 模型的单一来源…!

    新的 IBIS 模型正在排队、将于年底发布。  PSPICE for TI 模型也在开发队列中、但与此同时、您可以使用无源组件创建模型。 请参阅 [常见问题解答]如果我的模拟开关/多路复用器缺少 PSpice 模型、该怎么办?

    [引用 userid="541479" URL"~/support/switches-multiplexers-group/switches-multiplexers/f/switches-multiplexers-forum/1172075/tmux1108-interference-when-d-pin-of-multiple-mux-shorted-and-cascaded-to-tia/4413824 #441384"]即使"我们禁用3个 IC、启用1个 IC 通道"(即使用 GPIO 禁用 IC 时产生寄生效应)、此计算是否有效?

    实际上、我对这一点进行了大量的监督。 很抱歉、这里存在混淆、但您不会从每个器件添加全部8条信号路径。 输出只会看到漏极、因此您只需从每个存在的器件添加1个 CD (off)即可。 因此、对于4xTMUX1108、您只需添加3个 CDOFF、然后添加1个(CON)。 因此、您的电容实际上是65 (CON)+ 3x60 (CDOFF)= 245pF。
    如果您使用 TMUX1111、则需要8个器件、因此17 (CON)+ 7*10 (CDOFF)= 87pF。 我仍然认为 TMUX1111将推动满足您的需求、但它将提供最佳的成功机会。  

    需要注意的另一点是、此图像对于 CDS (off)看起来不是很正确

    您建模的是馈通电容(有时标记为 CPD 或 CF)。 它应该是两个不同的接地寄生电容器、正如您先前所画的那样。 这是另一张图片、可以帮助您清楚地了解情况。


    谢谢、
    Rami

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    您好 Rami、

     

    谢谢。 似乎我必须遵循您关于使用 TMUX1111的建议,但我无法理解您对寄生效应(CD、CS)(即“17 (CON)+7*10 (CDOFF)= 87pF”)所做的计算(如果我们并行使用8个 TMUX1111)。

    该器件也不必启用引脚。 请您详细说明一下吗?  

    此外、我还想使用 TMUX1112 (通常是打开还是关闭)、因为它更符合我的要求。

    谢谢

    Deepak

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    嗨、Deepak、

    感谢您仔细检查该数学运算! 似乎我只为每个器件添加了1个通道、而不是4个通道、因为它是4通道1:1、我的数学运算是针对1通道4:1。 遗憾的是、这实际上会比预期的高得多。 如果我们将所有漏极连接在一起、TMUX111x 还会提供过多的电容。  
    这是一个棘手的问题、我们可能无法找到能够限制此+/-2.5V 电源轨电容的器件、同时也是一个精密器件。  
    您必须使用哪些具体标准? 您是否正在查看最大 RON? 电源轨是否可以高于+/-2.5?
    如果 我们可以在更高的电压下使用电源轨、并且如果这会进入更高的阻抗路径(正如您的运算放大器应该那样)、那么 RON 有一定的余地可以为您提供 TMUX6104的功能吗? 它通常是中压(高达36V)、但如果我们可以使用至少+/-5V 的电源轨、这可能是一种解决方案。 不过、电源轨电压越高、性能越好。 只是需要记住的一点。  

    我在这个上得到38.5pF。 我已经继续、并添加了有关我如何获得该结果的非常高层面的图片、以确保我这次清楚并仔细检查自己。



    谢谢、
    Rami

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    您好 Rami、

    我的电源预算现在是0-5V。

    TMUX 6104由于以下原因被排除:

    1. Ron 很高

    2.通道切换时间非常慢

    我的模拟设计更改是:高频脉冲(25MHz 至40MHz)-> SPDT—> 1:32多路解复用器—>传感器阵列(32x32)—>多路复用器—>跨阻放大器。

    目标是通过特定传感器实现精确的振幅(100mV)、精确的脉宽(50nsec 至500nsec)。  
    我们无法承受巨大的电容和串联电阻。

    预计会在损失最小的情况下进行干净转换。

    您能建议最佳的解决方案吗?

    此外、对于 tmux1111最坏情况下提供干净路径的电容计算、也是如此

    谢谢

    Deepak

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    嗨、Deepak、

    如果您要通过 SPDT、则需要通过较小的开关创建一个32:1多路信号分离器、然后通过阵列再通过另一个多路复用器进入 TIA、我觉得您将很难降低足够大的电容以在40MHz 下工作。  
    此外、您不会只处理累积的电容和电阻、也会处理泄漏。  
    使用更多 TIA 并减少多路复用器数量会更好。 如果您非常关注精度、那么您需要尽可能减少信号通过的组件数量。 经过3个多路复用器级以及所有涉及的寄生效应(电路板、引脚和 IC 电平)将极大地降低 BW 并增加泄漏、从而降低精度。 您还需要增加此处的布线长度、这也是您要最小化的内容。  
    也许您可以在多少个 TIA 与多路复用器之间找到一个中间的位置? 您是否有理由只需要使用一个放大器?  

    谢谢、
    Rami

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    您好 Rami、

     

    谢谢。 我可以重新设计我的实验、在该实验中、泄漏电流可以最小化到最大20nA、我希望泄漏电流仍在上述限值内。 我的要求是测量通过一个通道的电流、但其他通道(32个通道中总共有31个列)将处于高阻抗状态。 实现多个 TIA、即并行柱电流感应、将与设定目标有很大偏差。 最大程度地减小布线长度仍然是一个主要问题!

     

    谢谢

    Deepak

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    嗨、Deepak、

    嗯、这里的想法是在两侧使用多路复用器来尝试隔离和减少放大器两侧的负载。 基本上、您可以使用4个 TMUX1108、其中8个信号具有关联的 TIA。 然后、您可以从此处将这4个 TIA 输出多路复用到信号测量引脚。 我在下面绘制了一张图。 在这里、仍然可以通过信号通道测量信号、这是您的要求。 TMUX1108和1104在这里还将具有使能引脚、我认为这是要求。  



    此解决方案是否适合您?

    -Rami