影响交换机带载能力 / 电流容量的因素

开关的电流容量受多种因素影响。在通信应用中，开关通常用于切换发射和接收通道的功率控制信号，或在TDD模式下保护功率放大器。此时，由于寄生电容的存在，切换过程可能导致电流涌浪，因此需要额外考虑开关的电流容量。

本文主要讨论如何评估开关的电流 capacity。开关的电流 capacity 主要受到芯片功耗、封装散热能力和芯片内部设计的电流 capacity 的影响。以下详细讨论了这些因素。

1. 功耗与散热能力

当开关导通时，它等效于一个电阻。该开关的导通电阻(Ron)值与电源电压、输入/输出电压及其他条件相关，这些条件可以在开关的数据手册中找到。

这个电阻连接在输入和输出之间。当电流通过时，电阻会产生功耗并生成热量。受限于散热能力的电流可以通过开关的热阻、支持的最大结温以及所需环境温度来计算。

例如，3PEAK公司的TPW4157 SPDT开关具有低导通电阻，当供应电压为4.5V时，其典型Ron值为0.95欧姆。SC70封装的热阻(θJA)为400 °C/W。

假设产品运行环境温度最高可达65°C，芯片支持的最大结温为150°C。通过开关的散热能力计算，电流容量可使用如下热计算公式进行计算：

I_on² * Ron ≤ (150 - 65)/400 (1)

因此，最大Ion可计算如下：

I_max = 0.47A

2. 内部设计限制

开关的电流 capacity 还取决于内部设计。

对开关电流 capacity 的主要限制是金属走线和连接各金属层的过孔。在模拟开关设计中，过孔的电流 capacity 远远大于金属走线。因此，受设计影响的电流 capacity 主要取决于金属走线宽度。

TPW4157中的最小金属走线宽度为52 μm。根据相关设计文档，可以找到金属走线宽度、连续电流流能力及峰值电流流能力之间的关系，如下表所示：

其中，W表示金属走线宽度，单位为μm。这些参数对应的温度为110℃。

通过计算，TPW4157设计保证的连续电流为：

1.68 mA μm⁻¹ × 52 um = 87.4 mA (2)

峰值电流为：

[30×52-0.32]mA/μm × 52μm=440.6mA (3)

通过计算连续电流容量和峰值电流容量，可以评估所选开关是否满足切换场景的要求。如果通过开关的电流周期性变化，占空比为D，峰值电流Ip，谷值电流IL，则可使用以下公式计算平均电流：

IRMS = Ip×D+ IL×(1 − D) （4）

除了确保峰值电流在开关的承受能力范围内，还需要确保平均电流小于开关的连续流能力。

3. 总结

总之，评估开关的电流 capacity 通常需要从设计和应用两个方面进行分析。如果所选开关的导通电阻较小，那么其电流 capacity 主要受限于开关内部的金属走线宽度。

3PEAK的模拟开关产品具有高带宽、低导通电阻等优势。这些模拟开关产品能够满足消费、工业和通信应用的需求，这些应用需要音频信号、IO信号和接口信号的切换。