ZHDA061 February 2026 TMUX1308A-Q1
簡介
現(xiàn)代機(jī)器人必須將越來越多用于導(dǎo)航和系統(tǒng)監(jiān)控的模擬傳感器集成到單個(gè) MCU 中。由此產(chǎn)生的 I/O 瓶頸限制了通道數(shù)并導(dǎo)致物料清單成本增加，這迫使我們在性能和價(jià)格之間做出權(quán)衡。本簡報(bào)介紹了一種工程解決方案：使用 TI 模擬多路復(fù)用器擴(kuò)展 MCU 的模擬輸入，在實(shí)現(xiàn)傳感器密集型設(shè)計(jì)的同時(shí)，滿足消費(fèi)級成本目標(biāo)。TI.com 上提供了參考設(shè)計(jì)和評估模塊，可加快開發(fā)速度。
設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)
- 選擇有限的 MCU I/O 容量消費(fèi)類機(jī)器人微控制器以兼顧性能與成本，這通常會導(dǎo)致 GPIO 和 ADC 通道數(shù)量受到限制?，F(xiàn)代機(jī)器人通常需要比可用 MCU 引腳更多的傳感器，這會造成基本的設(shè)計(jì)限制。
- 物料清單影響升級到更高引腳數(shù)的 MCU 以適應(yīng)額外的傳感器級聯(lián)，導(dǎo)致多種成本增加：
- 從 48 引腳封裝轉(zhuǎn)換到 100 引腳封裝時(shí)，MCU 成本會增加
- 電力輸送元件需要升級才能滿足更高的電流需求
- 隨著額外去耦電容器和上拉/下拉電阻器的加入，無源元件的數(shù)量大幅增加
- PCB 空間和更復(fù)雜的 MCU 可從根本上改變 PCB 設(shè)計(jì)要求：
- 100 引腳 LQFP 封裝 (14mm x 14mm) 占用的電路板面積約為 48 引腳 LQFP (9mm x 9mm) 的兩倍
- 布線復(fù)雜性的增加可能需要額外的 PCB 層或費(fèi)用更高的制造工藝
多路復(fù)用器的示例：中層掃地機(jī)器人傳感器陣列
典型的掃地機(jī)器人集成了一系列全面的模擬傳感器，這些傳感器可實(shí)現(xiàn)有效的導(dǎo)航和系統(tǒng)監(jiān)控。這些傳感器協(xié)同工作，以全面了解機(jī)器人周圍的環(huán)境和內(nèi)部的運(yùn)行狀態(tài)。
傳統(tǒng)方法（無多路復(fù)用器）：直接 MCU 連接
在直接連接架構(gòu)中，每個(gè)模擬傳感器都需要在微控制器上有專用的 ADC 通道。這會導(dǎo)致可用的 I/O 被快速消耗。
- 4 個(gè) IR 接近傳感器連接到四個(gè)專用 ADC 輸入
- 2 個(gè)懸崖傳感器連接到兩個(gè)專用 ADC 輸入
- 2 個(gè)電機(jī)電流傳感器連接到兩個(gè)專用 ADC 輸入
所需的 ADC 通道總數(shù)：8
圖 1 在實(shí)施多路復(fù)用器之前結(jié)果：消耗的是 MCU 的 ADC 資源，因此沒有為未來的傳感器擴(kuò)展留出余量。
多路復(fù)用器方法：整合信號路徑
目標(biāo)：減少 ADC 通道數(shù)，同時(shí)保持傳感器保真度。
通過插入單個(gè) 8:1 多路復(fù)用器，整個(gè)傳感器套件可以通過 MCU 引腳的一小部分進(jìn)行整合和管理。
- 四個(gè) IR 接近傳感器
- 兩個(gè)懸崖傳感器
- 兩個(gè)電機(jī)電流傳感器
系統(tǒng)通過單個(gè) 8:1 TMUX1308A 多路復(fù)用器對所有八個(gè)傳感器進(jìn)行布線。然后，此多路復(fù)用信號會定向到單個(gè) MCU ADC 輸入。整個(gè)多路復(fù)用器操作受微控制器的三個(gè)標(biāo)準(zhǔn) GPIO 引腳控制。
圖 2 在實(shí)施多路復(fù)用器的情況下結(jié)果：此架構(gòu)不僅符合原始目標(biāo) MCU 的 I/O 預(yù)算，還釋放了其余 ADC 通道以用于未來的功能擴(kuò)展。此實(shí)施方案可顯著節(jié)省總體尺寸，將所需的 MCU 輸入引腳從八個(gè)模擬輸入減少到僅一個(gè)模擬輸入加三個(gè)數(shù)字控制引腳，從而凈減少四個(gè)引腳并可能允許使用尺寸更小的 MCU 封裝。
機(jī)器人應(yīng)用的關(guān)鍵多路復(fù)用器參數(shù)
在選擇用于機(jī)器人的模擬多路復(fù)用器時(shí)，請重點(diǎn)關(guān)注這些直接影響傳感器精度、功耗和信號完整性的關(guān)鍵數(shù)據(jù)表參數(shù)。顯示的所有值均為典型值；請參閱每個(gè)數(shù)據(jù)表的典型特性 部分，了解詳細(xì)的性能曲線。
主要設(shè)計(jì)考慮因素包括使電源電壓范圍與系統(tǒng)導(dǎo)軌相匹配、驗(yàn)證傳感器采樣率是否有足夠的帶寬以及驗(yàn)證導(dǎo)通電阻不會影響高阻抗傳感器的測量精度。這些參數(shù)的細(xì)微改進(jìn)可顯著提升電池壽命、信號完整性和系統(tǒng)可靠性。
| 參數(shù) | 典型范圍 | 機(jī)器人撞擊 |
|---|---|---|
| 電源電壓范圍 | 1.8V 至 5.5V (LV) 5.5V 至 100V (HV) | 無需在傳感器導(dǎo)軌和 MCU 域之間放置電平轉(zhuǎn)換器 |
| 電源電流 | 2μA 至 15μA (LV) 45μA 至 200μA (HV) （VDD 時(shí)的典型值/最大值） | 靜態(tài)功耗：P = VDD × ICC |
| 導(dǎo)通電阻 | 30Ω 至 150Ω （在指定測試電流下） | 信號衰減： Verror = RON/(RON + Rsensor) |
| 源極關(guān)斷漏電流 | ±1nA（典型值），±25nA（最大值） | 從未選擇的輸入到輸出的漏電流 |
| 漏極關(guān)斷漏電流 | ±1nA（典型值），±50nA（最大值） | 從輸出到未選擇的輸入的漏電流 |
| 帶寬 (–3dB) | 1MHz–500MHz | 支持快速 IMU 采樣和控制環(huán)路 |
| 傳播延遲 | 5ns 至 50ns（典型值） | 通過開關(guān)的信號延遲 |
| 先斷后合時(shí)間 | 10ns 至 50ns（典型值） | 防止通道間出現(xiàn)瞬時(shí)短路 |
| 電荷注入 | 2pC–8pC | 對于電容式傳感器至關(guān)重要 |
| ESD 保護(hù) | 2kV 至 4kV HBM | 保護(hù)現(xiàn)場環(huán)境中裸露的傳感器連接器 |
| 最大功耗 | 250mW 至 500mW | 總功耗的熱設(shè)計(jì)限制 |
**LV 表示低電壓，HV 表示高電壓
推薦的 TI 器件
| 器件型號 | 通道 | VDD 范圍 (V) | 封裝 | 特性 |
|---|---|---|---|---|
| TMUX1308A TMUX1309A | 8:1、單通道 4:1、雙通道 | 1.62V - 5.5V | TSSOP、16 BQB (WQFN)、16 | 低壓、電池短路 |
| TMUX1208 TMUX1209 | 8:1、單通道 4:1、雙通道 | 1.8V - 5.5V | TSSOP、16 QFN、16 | 低 RON 和最小封裝選項(xiàng) |
| TMUX4051 | 8:1、單通道 | 5V 至 24V | TSSOP、16 | 高電壓、1.8V 兼容控制輸入 |
| MUX508 | 8:1 | 10V 至 36V | TSSOP、16 SOIC、16 | 高電壓、先斷后合 |
| TMUX8108 | 8:1 | 10V 至 100V | TSSOP、16 | 邏輯引腳上的集成下拉電阻器 |
結(jié)語
選擇多路復(fù)用器會影響機(jī)器人的性能、可靠性和功耗。設(shè)計(jì)人員必須評估電源電壓范圍、電源電流、帶寬、導(dǎo)通電阻、傳播延遲和 ESD 保護(hù)，以針對特定系統(tǒng)在這些因素之間做出權(quán)衡。無論是設(shè)計(jì)緊湊型無人機(jī)、精密機(jī)械臂還是自動駕駛車輛，都是如此。對于這些不同的應(yīng)用，TMUX1308A、TMUX1208 和 TMUX4051 可提供不同的通道配置和性能特性，以滿足不同的機(jī)器人要求。
商標(biāo)
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