ZHCADS5 January 2024 TMUX1108 , TMUX1119 , TMUX121 , TMUX136 , TMUX1574
2 级联多路复用器时受影响的参数
导通电阻 (R(ON))
多路复用器的导通电阻 (R(ON)) 是多路复用器输入与输出之间的测量电阻。在仿真中，这可以建模为一个串联的电阻器。该电阻在许多多路复用器特性（例如插入损耗、传播延迟和带宽）中发挥着重要作用。随着 R(ON) 的增加，这些规格的性能会降低。在级联多路复用器时，通常优先选择具有较低 R(ON) 的多路复用器，因为 R(ON) 会随着多路复用器数量的增加而线性增加。图 2-1 展示了在信号通过 2 个多路复用器时插入损耗如何线性增加。请注意您如何在第 1 个多路复用器之后损失 5V 信号的 1X，在第 2 个多路复用器之后损失 2X。该模式持续到串联的第 n 个多路复用器。
图 2-1 级联多路复用器时导通电阻的影响此处的一个关键区别是负载对 R(ON) 的影响。无论负载如何，损耗都会线性累积；然而，在将一个多路复用器的输出馈入高阻抗节点时，负载会抑制 R(ON) 导致的损耗。这意味着在级联到高阻抗负载时，R(ON) 的影响较小，因为每个级联级的损耗将至最低。相反，当系统具有较小的阻性负载时，最好使用 R(ON) 较低的多路复用器，因为多路复用器的 R(ON) 越高，每个多路复用器累积的损耗就越大。图 2-2 突出显示了在级联多路复用器应用中使用 R(ON) 较低的多路复用器（例如 TMUX1574）的优势。
图 2-2 在级联多路复用器时阻性负载和导通电阻的影响上面中间和右侧的图突出显示了在系统阻性负载较小时使用 TMUX1574 等 R(ON) 较低的多路复用器（右侧）相对于 R(ON) 较高的多路复用器（中间）的优势。最左侧的图展示了在馈入高阻抗负载时多路复用器的 R(ON) 如何产生较小的影响。大负载会抑制导通电阻，因此 R(ON) 导致的损耗不是很大。
导通漏电流
与导通电阻类似，在向级联多路复用器系统添加更多级时，导通漏电流也会线性增加。因此，到第二级，导通漏电流加倍；到第三级，导通漏电流变为原来的三倍；依此类推。在高精度数据采集系统中，您会经常发现传感器输出具有低输出阻抗，从而使漏电流产生的任何偏移都成为系统整体分辨率和精度的重要因素。在这些高精度环境中级联多路复用器时，请选择合适的多路复用器（例如 TMUX11xx 系列精密器件中的多路复用器），以更大限度地减小漏电流并保持信号完整性。
图 2-3 展示了一个使用 TMUX1108（1 通道 8:1）和 TMUX1119（1 通道 2:1）的示例，这是 TMUX11xx 系列精密多路复用器中的两个器件。通过级联这些多路复用器，可以使用单个输入来测量多个传感器（Ax 输入）并根据 Vref 电压校准输入。可以在高精度环境系统中实现该设计，以通过扩展 ADC 输入的功能来减小总体系统尺寸。
图 2-3 级联精密多路复用器带宽
多路复用器的带宽是指可以通过多路复用器并且相对于直流增益的损耗不超过 -3dB 的信号频率范围。相对于直流插入损耗，这相当于剩余大约 70% 的信号。损耗与输入信号的频率相关。此处需要区分 -3dB 点和 -3dB 损耗点并了解这两者之间的关键区别。下面的图 2-4 展示了几个示例来帮助理解该定义。在此处，直流增益在 -3dB 损耗点的测量位置发生变化。该点不会始终处于 -3dB，而是比直流插入损耗低 3dB。
图 2-4 -3dB 带宽示例请注意示例 2 的带宽 (400MHz) 如何高于示例 1 (190MHz)，但总体损耗 (-3.8dB) 大于示例 1 (-3.1dB)。应查看给定工作频率下的损耗是多少，因为仅凭带宽无法确定损耗。通常，带宽接近或等于工作频率的多路复用器不适合更大限度地减小系统损耗。一种好的策略是在选择多路复用器时，对于正弦波，使带宽为奈奎斯特频率的 1.5 倍至 2 倍（工作频率的两倍），对于方波，使带宽为基频（工作频率）的 5 倍至 7 倍。这有助于使信号在通过多路复用器时保留更多。
为了帮助对带宽进行仿真，可以使用导通电阻和导通电容将多路复用器有效建模为具有一些输入电容的低通滤波器，如图 2-5 所示。可以从数据表中获取这些值。为了简化建模，在表示导通电阻的电阻器的每一侧将导通电容分为两个部分。
图 2-5 简化的多路复用器模型随着添加更多的多路复用器级来创建级联网络，这将创建一个阶数更高的滤波器。随着创建的滤波器的阶数不断增高，会从输入信号中滤除更多的高频分量。图 2-6 展示了有关在添加第 2 个和第 3 个多路复用器级时 -3dB 带宽如何减小的仿真结果。由于使用了高阻抗负载，因此我们可以估算直流损耗接近 0dB，可以在大约 -3dB 处画出 -3dB 损耗点。
图 2-6 导通电阻对 -3dB 带宽的影响（高阻抗负载）图 2-6 显示信号的衰减与级联级中多路复用器的数量不成线性比例。相反，随着添加更多的多路复用器，衰减变得不那么明显。图 2-7（高阻抗负载）和图 2-8（低阻抗负载）展示了在从单个多路复用器增加到 8 个串联多路复用器时的仿真结果。如前所述，多路复用器充当滤波器并表现出类似的特性。因此，当我们接近更高的阶数时，我们应该会看到滚降的斜率更大。这反过来又抑制了较高的频率并限制了带宽。虽然低阻抗负载和高阻抗负载之间的 -3dB 带宽是相似的，但在添加更多的多路复用器时，由于前面介绍导通电阻 (R(ON)) 的部分中提到的导通电阻作用，低阻抗负载系统中的总损耗会变得更大。当在直流电平附近运行时，这一点更为突出。例如，在 100kHz 频率以及高阻抗负载下，到第 8 个多路复用器，增益接近 0dB，相当于保留了大部分信号。在相同的频率和低阻抗下，到第 8 个多路复用器，会损失将近 20% 的信号。
图 2-7 第 n 个多路复用器的 -3dB 带宽（高阻抗负载）
图 2-8 第 n 个多路复用器的 -3dB 带宽（低阻抗负载）试验结果
虽然仿真是衡量系统一般行为的有用工具，但我们建议在最终确定设计之前对更复杂的设置执行实验室测试。我们将此处的仿真结果与工作台测试结果进行比较，以了解两者之间的接近程度。在下面的图 2-9 中，使用了矢量网络分析器来检查信号通过 1 个多路复用器、2 个多路复用器和 3 个多路复用器时的直流插入损耗(实际上该插入损耗小于 100kHz）和 -3dB 带宽。使用了具有 50 欧姆负载的 200mV 峰峰值输入信号。我们看到带宽结果与仿真结果类似。在仿真和工作台测试结果中，添加第 2 个多路复用器将带宽降低了近一半，而第 3 个多路复用器的影响不那么严重。添加第 3 个多路复用器后，工作台测试结果实际上更好，保留的带宽比仿真结果更多。因此，虽然仿真可以帮助进行大致的估算，但工作台测试结果不仅更准确，而且实际上可以展示更乐观的限值。
在具有低阻抗负载的系统中，应认识到导通电阻的影响，导通电阻会以线性方式累积并增加插入损耗。图 2-9 展示了级联网络的每一级添加到直流插入损耗中的线性衰减。每一级会继续累积相同的损耗，在本例中每级大约为 -25dB，导致第三级的输出产生 -75dB 的损耗，这符合图 2-8 中显示的趋势。
图 2-9 3 个串联多路复用器的实验结果