該TX75E16是一款用于超聲成像系統(tǒng)的高度集成、高性能的變送器。該器件共有16個脈沖發(fā)生器電路，16個發(fā)送/接收開關(guān)（稱為T/R或TR開關(guān)），并支持片上波束形成器（TxBF）。該器件還集成了片內(nèi)浮動電源，可減少所需的高壓電源數(shù)量。

該TX75E16有一個脈沖發(fā)生器電路，可產(chǎn)生五級高壓脈沖（高達(dá) ±100V），用于激發(fā)超聲換能器的多個通道。該設(shè)備總共支持 16 個輸出。最大輸出電流為2A。
*附件：tx75e16.pdf

該設(shè)備可用作許多應(yīng)用的發(fā)射器，如超聲成像、無損檢測、聲納、激光雷達(dá)、海洋導(dǎo)航系統(tǒng)、腦成像系統(tǒng)等。

TX75E16（在本數(shù)據(jù)手冊中稱為器件）是高度集成的變送器，用于激發(fā)超聲換能器。該器件集成了 16 個脈沖發(fā)生器和 16 個 T/R 開關(guān)、片上波束形成器和碼型發(fā)生器。

該器件集成了浮動電源和內(nèi)部偏置電壓所需的所有去耦電容。這種集成顯著減少了所需的外部電容器數(shù)量。該TX75E16采用 10mm × 10mm 144 引腳 FC-BGA 封裝（ALH 封裝），額定工作溫度范圍為 0°C 至 70°C。

脈沖發(fā)生器電路產(chǎn)生五級高壓脈沖（最高 ±100 V），最大輸出電流為 2A。當(dāng)脈沖發(fā)生器發(fā)射高壓脈沖時，T/R 開關(guān)關(guān)閉并保護低壓接收器電路免受損壞。當(dāng)換能器接收回波信號時，T/R 開關(guān)打開并將換能器連接到接收器。T/R開關(guān)的ON/OFF作由器件中的片上波束成形引擎控制。T/R 開關(guān)在 ON 狀態(tài)下提供 8Ω 阻抗。

超聲波傳輸依賴于多個換能器元件的激發(fā)，不同的延遲值定義了傳輸方向。這種作稱為發(fā)射波束成形。該TX75E16支持不同通道的交錯脈沖，允許發(fā)射波束成形。

在片上波束形成器模式下，不同通道脈沖的延遲曲線存儲在器件內(nèi)。該器件支持一個波束形成器時鐘周期的發(fā)射波束形成器延遲分辨率和214個波束形成器時鐘周期的最大延遲。內(nèi)部碼型發(fā)生器根據(jù)存儲在配置文件 RAM 中的碼型配置文件生成輸出脈沖碼型。每個通道都有一個 RAM，長度為 960 個單詞。這些模式具有全局和局部重復(fù)功能。此功能可用于生成長圖樣，并可用于剪切波成像。

這些碼型配置文件和延遲配置文件使用高速 （400 MHz） 串行外設(shè)接口寫入。高速寫入容易出錯，因此該器件具有校驗和功能，可檢測SPI寫入中的錯誤。

為了防止設(shè)備因配置不當(dāng)而損壞，內(nèi)部錯誤標(biāo)志寄存器可以檢測故障情況并自動將設(shè)備配置為關(guān)斷模式。

特性

• 發(fā)射器支持：
  • 16 通道 5 電平脈沖發(fā)生器和有源發(fā)射/接收 （T/R） 開關(guān)
• 5級脈沖發(fā)生器：
  • 最大輸出電壓：±100V
  • 最小輸出電壓：±1V
  • 最大輸出電流：2A
  • 支持4A輸出電流模式。
  • 真正歸零，將輸出放電到地
  • 5MHz時的二次諧波為–45dBc
  • –3dB帶寬，1kΩ ||240pF負(fù)載
    • 20MHz 用于 ±100V 電源
    • 25MHz，用于±70V電源
    • 35MHz，用于4A模式下的±100V電源
  • 集成抖動：100 fs，測量范圍為 100Hz 至 20kHz
  • CW模式近相位噪聲：5MHz信號在1kHz偏移時為–154dBc/Hz
  • 極低的接收功率：1mW/ch
  • 可編程負(fù)載阻尼電阻：200Ω、100Ω 或 67Ω
• 有源發(fā)送/接收 （T/R） 開關(guān)，具有：
  • 導(dǎo)通電阻：8Ω
  • 導(dǎo)通和關(guān)斷時間：100ns
  • 瞬態(tài)毛刺：10mVPP
• 片上光束形成器具有：
  • 基于通道的 T/R 開關(guān)開啟和關(guān)閉控制
  • 延遲分辨率：半波束形成器時鐘周期，最小 2 ns
  • 最大延遲：214波束形成器時鐘周期
  • 最束形成器時鐘速度：320MHz
  • 具有 2K 不同電平的每通道模式控制
  • 全局和局部重復(fù)模式，為剪切波成像提供長時間的模式
  • 支持 120 個延遲配置文件
• 高速（最大 400 MHz）、2 通道 LVDS 串行編程接口。
  • 編程時間短：延遲配置文件更新< 500ns
  • 32 位校驗和功能，用于檢測錯誤的 SPI 寫入
• 支持 CMOS 串行編程接口（最大 50MHz）
• 內(nèi)部溫度傳感器和自動熱關(guān)斷
• 無特定的電源排序要求
• 用于檢測故障情況的錯誤標(biāo)志寄存器
• 用于浮動電源和偏置電壓的集成無源器件
• 小型封裝：FC-BGA-144（10mm × 10mm），間距為 0.8mm

參數(shù)

方框圖

一、產(chǎn)品概述

TX75E16 是德州儀器推出的 高集成度 5 電平 16 通道發(fā)射器 ，專為超聲成像系統(tǒng)設(shè)計，核心優(yōu)勢在于集成 16 路脈沖發(fā)生器、16 路收發(fā)（T/R）開關(guān)及片上波束形成器，支持高壓脈沖輸出（最高 ±100V）與快速模式切換（T/R 開關(guān)通斷時間 100ns），適配超聲掃描儀、壓電驅(qū)動器、超聲智能探頭等場景。器件采用 10mm×10mm 144 引腳 FC-BGA（ALH 封裝），集成浮地電源與偏置電壓所需的無源元件，大幅減少外部元件數(shù)量，工作溫度范圍 0~70°C，兼顧高性能與小型化需求。

二、核心特性

（一）高壓脈沖發(fā)射能力

• 5 電平脈沖輸出 ：輸出電壓范圍 ±1~±100V，最大輸出電流 2A，支持 4A 增強電流模式，適配不同功率需求的超聲換能器；
• 寬頻帶性能 ：帶載（1kΩ||240pF）時 - 3dB 帶寬隨供電電壓變化：±100V 供電下 20MHz，±70V 供電下 25MHz，4A 模式（±100V）下 35MHz，滿足高頻超聲成像需求；
• 低失真與噪聲 ：5MHz 信號二次諧波 - 45dBc，集成抖動 100fs（100Hz~20kHz），CW 模式近載頻相位噪聲 - 154dBc/Hz（1kHz 偏移），確保高質(zhì)量脈沖信號生成；
• 放電功能 ：支持 “真歸零”（True return to zero），可將輸出放電至地，避免換能器殘留電荷影響成像精度。

（二）高速收發(fā)切換與保護

• 集成 T/R 開關(guān) ：每通道獨立 T/R 開關(guān)，導(dǎo)通電阻僅 8Ω，通斷時間均為 100ns，切換時瞬態(tài)毛刺僅 10mVPP，有效保護低壓接收電路免受高壓脈沖損壞；
• 可編程負(fù)載阻尼 ：支持 200Ω、100Ω、67Ω 三檔阻尼電阻配置，適配不同阻抗的換能器，減少信號反射與振蕩；
• 低接收功耗 ：接收模式下每通道功耗僅 1mW，降低系統(tǒng)整體功耗，適配電池供電的便攜式超聲設(shè)備（如智能探頭）。

（三）片上波束形成器

• 高精度延遲控制 ：延遲分辨率為波束形成器時鐘周期的 1/2（最小 2ns），最大延遲為214個時鐘周期，波束形成器時鐘最高 320MHz，可精確控制各通道脈沖時序，實現(xiàn)超聲波束定向發(fā)射；
• 多模式圖案生成 ：每通道配備 960 字長 RAM 存儲圖案配置，支持 2000 種不同電平的局部 / 全局重復(fù)圖案，可生成長時間序列圖案（如剪切波成像所需的連續(xù)脈沖），支持 120 種延遲配置文件；
• 通道獨立控制 ：基于通道的 T/R 開關(guān)通斷控制與圖案配置，可實現(xiàn)多通道異步或同步脈沖發(fā)射，靈活適配不同成像模式（如相控陣、線陣超聲）。

（四）高速編程與可靠性

• 雙編程接口 ：支持高速 LVDS 串行接口（最高 400MHz，延遲配置更新時間 < 500ns）與 CMOS 串行接口（最高 50MHz），適配不同系統(tǒng)數(shù)據(jù)速率需求；
• 錯誤檢測與保護 ：32 位校驗和功能檢測 SPI 寫入錯誤，內(nèi)部錯誤標(biāo)志寄存器可識別故障狀態(tài)并自動觸發(fā)關(guān)斷模式；集成溫度傳感器與自動熱關(guān)斷功能，避免過熱損壞；
• 無電源時序要求 ：無需特定電源上電順序，簡化系統(tǒng)電源設(shè)計；集成浮地電源與偏置電壓的無源元件，減少外部電容數(shù)量，降低 PCB 布局復(fù)雜度。

三、器件信息與封裝

（一）封裝與訂購信息

（二）熱學(xué)與機械特性

• 封裝尺寸 ：10mm×10mm（長 × 寬），0.8mm 引腳間距，適合高密度 PCB 布局；
• 托盤規(guī)格 ：存儲托盤外部尺寸 315mm（長）×131.95mm（寬），單元口袋間距 15.07mm，角落口袋中心距邊緣 12.9mm（X 向）/12.8mm（Y 向），最高耐受溫度 150°C，適配工業(yè)級倉儲與焊接流程。

四、關(guān)鍵術(shù)語與應(yīng)用說明

（一）核心術(shù)語定義

（二）典型應(yīng)用場景

1. 超聲成像系統(tǒng) ：16 通道脈沖發(fā)生器驅(qū)動多陣元超聲換能器，片上波束形成器控制各通道延遲，實現(xiàn)波束定向發(fā)射；T/R 開關(guān)在發(fā)射時斷開保護接收電路，接收時導(dǎo)通傳遞回波信號，適配相控陣超聲掃描儀；
2. 壓電驅(qū)動器 ：輸出 ±1~±100V 高壓脈沖驅(qū)動壓電元件，4A 增強電流模式可滿足大功率壓電執(zhí)行器需求，可編程阻尼電阻適配不同容性負(fù)載；
3. 超聲智能探頭 ：小型化封裝（10mm×10mm）與低接收功耗（1mW/ch），適合集成于便攜式探頭，減少探頭體積與功耗，提升設(shè)備便攜性。

五、設(shè)計與使用要點

（一）電源配置

• 高壓電源 ：A 側(cè)（AVDDP_HV_A/AVDDM_HV_A）與 B 側(cè)（AVDDP_HV_B/AVDDM_HV_B）獨立供電，需根據(jù)輸出電壓需求選擇 ±70V 或 ±100V 電源，電源紋波需控制在 1% 以內(nèi)，避免影響脈沖質(zhì)量；
• 低壓電源 ：AVDDP_5（5V）、AVDDM_5（5V 地）、AVDDM_1P8（1.8V）為數(shù)字電路與波束形成器供電，需單獨濾波（建議并聯(lián) 1μF 陶瓷電容 + 10μF 鉭電容），確保低壓電路穩(wěn)定工作；
• 浮地設(shè)計 ：器件集成浮地電源所需無源元件，外部無需額外配置，但需保證浮地與系統(tǒng)地之間的絕緣，避免高壓擊穿。

（二）編程與控制

• 接口選擇 ：高速 LVDS 接口（400MHz）適合需快速更新延遲配置的場景（如實時波束調(diào)整），CMOS 接口（50MHz）適合低速配置需求，兩者均支持 SPI 協(xié)議；
• 配置流程 ：通過 SPI 寫入延遲配置文件（120 種可選）與圖案配置文件（每通道 960 字），寫入后需觸發(fā)校驗和檢測，確保數(shù)據(jù)正確性；故障時可讀取錯誤標(biāo)志寄存器定位問題（如過熱、SPI 寫入錯誤）；
• 波束形成器時鐘 ：需外部提供最高 320MHz 時鐘，時鐘抖動需 < 50fs，避免影響延遲控制精度。

（三）PCB 布局與防護

• 高壓布線 ：AVDDP_HV/A、AVDDM_HV/A 等高壓引腳布線需滿足爬電距離（建議≥0.2mm/100V），采用粗銅皮（≥0.5mm 寬）降低線路壓降；
• 信號隔離 ：高壓脈沖輸出（OUT_1OUT_16）與低壓接收信號（RX_1RX_16）需分開布局，間距≥1mm，避免高壓耦合干擾；
• ESD 防護 ：器件對靜電敏感，需遵循 JEDEC ESD 防護標(biāo)準(zhǔn)（HBM±2000V，CDM±500V），焊接與調(diào)試時佩戴防靜電手環(huán)，PCB 預(yù)留 ESD 防護器件位置（如 TVS 管）。