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[FAQ] 是否可以对 TI 模拟开关/多路复用器执行接地漂移?

Other Parts Discussed in Thread: TMUX1101

通常有一些系统利用 TI 开关/多路复用器,这些器件无法连接传统和公共电源轨,但设计人员仍需要为这些器件供电。幸运的是,TI 开关/多路复用器允许进行接地漂移,这在尝试设计实际电源方案时可以提供极大的灵活性。接地漂移的定义是将器件的接地基准设置为非零电压,从而改变器件本身的工作点。下面给出了一个示例,其中传统的 5V 多路复用器(例如 TMUX1101)由一个 15V 电源轨和一个 10V 电源轨(连接到 GND 引脚)供电。这实际上仍有 5V 的电压差,器件在以下电压下不会损坏:

尽管在此类器件供电选项不多的情况下这种方法能派上用场,但需要考虑几个注意事项。首先是输入高电平和输入低电平逻辑控制电压 (VIH/VIL)。对于 TMUX1101 示例,下面概述了该器件的建议工作条件以及逻辑正常变化所需的 VIH/VIL 电平:

在 5V 正常工作条件下,TMUX1101 需要至少 1.49V 的电压才能实现逻辑高电平,需要 0.87V 或更低的电压才能实现逻辑低电平。现在,在器件发生上述接地漂移的情况下,这些条件会使器件需要 1.49V + VGND_Shift 的电压,即 1.49V + 10V,从而导致 VIH 电平为 11.49V(同样,VIL 需要为 10.87V 或更低)。如果地址或逻辑引脚连接到很可能无法切换这种类型电压的 MCU,问题会特别严重。此外,这些开关/多路复用器还可以具有负基准电压。为清楚起见,请参阅以下示例:

同样,电压差处于规格 (5V) 范围内,以该方式运行是完全可以接受的。不过,逻辑电平现在将更改为 1.49 + (-2.5),从而使最小 VIH 为 -1.01V,最大 VIL 为 -1.63V。

在接地漂移应用中可能发生的另一个潜在风险是,如果电源/输入未经过慎重的电源定序,则有可能发生过压事件。参考 VDD 为 15V、GND 为 10V 的示例,如果将连接到 GND 引脚的 10V 电源设置为 0V,然后再降低 VDD 电源电压,则会对器件造成破坏(实际上会导致器件产生 15V 的电压差):

此外,还需要断开输入电压,以确保在 VDD 断电时不会发生过压事件。

正确的下电序列应如下所示:

  • 断开输入。
  • 以相同的速率降低 VDD 和 GND 电压,以确保其处于器件可接受的电压范围内。在其中一个电压完全可能导致内部器件损坏之前移除另一个电压。

相反,上电序列应如下所示:

  • 以相同的速率升高 VDD 和 GND 电压,以确保其处于器件的可接受电压范围内。在其中一个电压完全可能导致内部器件损坏之前施加另一个电压。
  • 连接输入并确保其处于正电源电压和 GND 电压之间(注意:在进行接地漂移时,开关/多路复用器只能传输电压介于电源轨和 GND 漂移电压之间的信号,大于或小于该范围的任何信号都可能导致器件损坏)。