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[FAQ] TI 模拟多路复用器和开关中的注入电流控制是如何工作的?

什么是注入电流?

注入电流是输入电压 (VIN) 高于正电源电压 (VDD + ∆V) 或低于接地基准(VSS 或 GND)而强制输入引脚的电流。该电流流经输入保护二极管并流入器件的任一电源,可能会影响系统的精度和可靠性。注入的电流可能来自不同的源,具体取决于应用。下面介绍了一些可能的源示例:

  • 具有长电缆的恶劣环境和应用(例如工厂自动化和汽车系统)可能会受到开关或瞬态事件的注入电流的影响。
  • 如果输入信号来自各种传感器或电流源,则其他自包含系统也可能受到注入电流的影响。

这会如何影响您的系统?

典型的 CMOS 开关在输入端和输出端具有 ESD 保护二极管。这些二极管不仅提供 ESD 保护,还提供电压钳位功能,从而防止输入或输出高于 VDD 或低于 GND/VSS。当电流注入到禁用信号路径的引脚时,少量电流会流经 ESD 二极管,但大部分电流会由于导通而流至漏极。如果 ESD 二极管的正向电压 (VF) 大于 PMOS 阈值电压 (VT),则所有关断开关的 PMOS 将导通,并且源漏极之间会出现不良的亚阈值漏电流,从而可能将关断源极引脚上拉。下面显示了典型 CMOS 开关和相关注入电流路径的简化图:

此外,这种现象还可能会影响导通电阻参数。由于启用的 FET 开关的导通电阻受电源轨变化的影响,因此当漏极引脚电压比电源电压高 VT 时,输出信号电压可能会出现误差。输出中的这种意外变化可能会导致与错误触发事件和不正确的测量读数相关的问题,从而可能影响系统的精度和可靠性。如下图所示,S2 是将信号从 S2 引脚传导到 D 引脚的使能信号路径。由于禁用的 S1 引脚上有注入电流,因此该引脚上的电压会高于电源电压,且 ESD 保护二极管发生正向偏置,从而使电源轨发生偏移。电源电压偏移会改变内部 FET 开关的 RON,从而导致 D 引脚上的输出产生 ∆V 误差。

TI 多路复用器和信号开关中的注入电流控制

既然注入电流会明显对系统产生一些不良的影响,那么有什么解决方法呢?多个 TI 多路复用器和信号开关可提供一项称为“注入电流控制”的功能,该功能有助于消除此现象对系统的影响。为了避免系统添加外部保护的复杂性,这些支持注入电流控制功能的器件具有内部电路,从而无需使用外部二极管/电阻器网络(该网络通常用于保护开关并将输入信号保持在电源电压范围内)。内部注入电流控制电路允许禁用信号路径上的信号超过电源电压(而不是指定的绝对最大电压),而不会影响启用信号路径的信号。

每个源极或漏极引脚(Sx、D)的注入电流控制电路都是独立控制的。当该输入被逻辑引脚禁用并且注入的电流导致特定引脚的电压高于 VDD 或低于 GND 时,该引脚的控制电路将启用。注入电流电路包含一个 FET,用于在发生过压或注入电流事件时将不需要的电流分流至 GND。数据表中提供了每个注入电流电路额定值。根据系统应用的不同,可能需要使用一个串联限制电阻器,并且如果有可能超出此规格,则必须对其大小进行适当的调整(请注意,如果输入信号超过绝对最大/最小 VDD/VSS-GND 电压或注入电流电路额定值,则需要使用该电阻器):

量化注入电流的影响

最后,注入电流的影响通常表现为输出电压的波动。在我们的一些数据表中,我们量化了注入事件对输出电压偏移的影响:

如上表所示,耦合效应与注入到输入端的电流成正比。通过限制该电流,可以减轻影响。

有关该主题的更多信息,请访问以下视频链接:

https://training.ti.com/ti-precision-labs-switches-and-muxes-prevent-crosstalk-injection-current-control