在自動化測試、工廠控制系統(tǒng)等高精度應用場合，光繼電器（Photorelay）長期以來是實現(xiàn)高壓信號切換的主流方案。但隨著半導體技術(shù)的發(fā)展，高壓模擬開關在集成度、尺寸、速度和成本方面逐漸展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。尤其在德州儀器（TI）推出支持高達220V開關電壓的模擬開關產(chǎn)品后，工程師們開始重新評估傳統(tǒng)光繼電器方案的必要性。

然而，直接替換光繼電器并不是簡單的參數(shù)對照，尤其是電壓相關規(guī)格的匹配，若處理不當可能導致系統(tǒng)損壞甚至功能失效。本文基于實際設計經(jīng)驗，探討在選用高壓模擬開關替代光繼電器時需重點考量的電壓參數(shù)及其設計實踐。

一、關鍵參數(shù)對照：從光繼電器到模擬開關

光繼電器與模擬開關雖然在功能上類似，但其數(shù)據(jù)手冊中的參數(shù)命名和定義存在較大差異。若要在設計中正確替換，必須理解以下幾個關鍵電壓參數(shù)：

1. 隔離電壓（Isolation Voltage, (V_)）

光繼電器的 (V_{iso}) 指的是其輸入端（LED側(cè)）與輸出端（MOSFET側(cè)）之間介質(zhì)能承受的最大電壓。該參數(shù)保證了光電隔離的能力，常用于需要電氣隔離的場合。

而在模擬開關中，并沒有直接對應的“隔離電壓”概念。取而代之的是電源電壓范圍和 信號電壓范圍 ，設計中需確保模擬開關的供電電壓能夠覆蓋待切換信號的最高電壓。

2. 開關電壓（Switch Voltage, (V_)）

光繼電器的 (V_{switch}) 表示其輸出端能夠安全切換的最大電壓。在模擬開關中，與之對應的是 Analog I/O Voltage ，即開關通道所能承受的信號電壓范圍。

? 替換準則：
只要模擬開關的 Analog I/O 電壓規(guī)格 ≥ 光繼電器的 (V_{switch})，即可在大多數(shù)情況下實現(xiàn)替換。

舉例來說，若光繼電器規(guī)格為 100V，則可選用 TI 的 TMUX8212（支持±50V，即100V差分）或 TMUX9612（支持±110V，即220V差分）進行替代。

二、地電平不一致時的解決方案

在實際系統(tǒng)中，控制信號地（Control GND）與開關信號地（Switch GND）常常并不共地。這種情況下若直接連接，可能導致邏輯電平誤判甚至器件損壞。

例如，當控制側(cè)地為 -10V，而模擬開關的地為 -20V 時，普通的 GPIO 信號可能無法正確被識別為高/低電平。

TI 提供的 TXG 系列電平轉(zhuǎn)換器 （如 TXG8041/TXG8042）可解決此類問題。該器件能處理高達 ±80V 的地電平差，確?？刂菩盘栒_傳遞至模擬開關的邏輯引腳。

控制信號（-10V）→ TXG Translator → 轉(zhuǎn)換后信號（-20V）→ 模擬開關 SELx

借此，即使在不同地電位的系統(tǒng)中，也能可靠使用高壓模擬開關，同時享受到其小尺寸、低導通電阻和快速切換的優(yōu)勢。

三、器件選型建議

下表列出幾款TI高壓模擬開關的主要參數(shù)，供選型參考：

四、總結(jié)

用高壓模擬開關替代光繼電器，不僅能顯著減小PCB面積、降低系統(tǒng)成本，還能提升切換速度和可靠性。然而，替換時必須嚴格比對電壓規(guī)格，特別是：

• 模擬開關的 Analog I/O 電壓需 ≥ 原光繼電器的 (V_{switch})；
• 若控制地與開關地存在電位差，應使用如 TXG 系列的電平轉(zhuǎn)換器；
• 注意開關的供電電壓需覆蓋信號電壓范圍。

TI 目前提供的模擬開關產(chǎn)品已覆蓋從 50V 至 220V 的應用場景，結(jié)合電平轉(zhuǎn)換方案，可滿足絕大多數(shù)高壓信號切換需求，是新一代測試、測量與自動化設備的優(yōu)選方案。

相關資源 ：

• *附件：scda057.pdf
• TMUX96x / TMUX82x / TMUX76x 等系列數(shù)據(jù)手冊

版權(quán)聲明 ：本文內(nèi)容部分參考德州儀器應用筆記 SCDA057，僅供學習交流使用。