MAX4936 - MAX4939：八通道高壓收發(fā)開(kāi)關(guān)的深度解析

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)工作中，尋找高性能、多功能且易于集成的器件常常是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。Maxim的MAX4936 - MAX4939八通道高壓收發(fā)（T/R）開(kāi)關(guān)系列產(chǎn)品，能出色地應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景，為設(shè)計(jì)帶來(lái)諸多便利。

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產(chǎn)品概述

MAX4936 - MAX4939基于二極管橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過(guò)SPI接口可以對(duì)二極管橋中的電流進(jìn)行編程控制。這些器件都具備一個(gè)鎖存清除輸入引腳（CLR），能異步關(guān)閉所有的T/R開(kāi)關(guān)，并使器件進(jìn)入低功耗的關(guān)斷模式。

不同型號(hào)的差異

• MAX4936/MAX4938：不僅包含T/R開(kāi)關(guān)，還有削波二極管，可同時(shí)執(zhí)行發(fā)送和接收操作。在高壓發(fā)送時(shí)，發(fā)送路徑呈現(xiàn)低阻抗；在低壓接收時(shí)，則為高阻抗，有效隔離了發(fā)送和接收電路。并且，高壓發(fā)送路徑具有高帶寬、低失真和低抖動(dòng)的特性。
• MAX4937/MAX4939：僅包含T/R開(kāi)關(guān)，僅能執(zhí)行接收操作。

接收路徑特性

所有器件的接收路徑在低壓接收時(shí)為低阻抗，在高壓發(fā)送時(shí)為高阻抗，這為接收電路提供了有效的保護(hù)。同時(shí)，低壓接收路徑還具備高帶寬、低噪聲、低失真和低抖動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。此外，每個(gè)T/R開(kāi)關(guān)都可以單獨(dú)進(jìn)行編程開(kāi)啟或關(guān)閉，這使得這些器件還能作為接收路徑多路復(fù)用器使用。

保護(hù)特性

MAX4936/MAX4937配備了鉗位二極管，可在傳輸過(guò)程中保護(hù)接收器輸入免受因T/R開(kāi)關(guān)泄漏電流引起的電壓尖峰的影響。而MAX4938/MAX4939則沒(méi)有鉗位二極管，而是依賴(lài)接收器前端集成的鉗位二極管來(lái)提供保護(hù)。

特性亮點(diǎn)

低功耗與高性能

這些開(kāi)關(guān)在僅需1.5mA偏置電流的情況下，就能實(shí)現(xiàn)5Ω的低阻抗，并且典型噪聲低于0.5nV / √Hz。同時(shí)，它還擁有65MHz的典型-3dB帶寬，為信號(hào)的傳輸提供了有力保障。

易于編程

采用SPI接口進(jìn)行控制，極大地方便了工程師對(duì)其進(jìn)行編程操作，提高了設(shè)計(jì)的靈活性和效率。

高密度集成

每封裝包含8個(gè)通道，有效節(jié)省了電路板空間，非常適合對(duì)空間要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景。

其他特性

還具有削波二極管（MAX4936/MAX4938）、輸出鉗位二極管（MAX4936/MAX4937）、全局關(guān)斷控制（CLR）以及具備高壓保護(hù)的低壓接收路徑等特性，進(jìn)一步提升了產(chǎn)品的性能和可靠性。

電氣特性

靜態(tài)特性

涵蓋了HV_輸入電壓范圍、COM_輸出和輸入電壓范圍、NO_輸出電壓范圍、HV_到COM_的連續(xù)電流和壓降、二極管橋電壓偏移以及各種引腳的泄漏電流等參數(shù)。這些參數(shù)為工程師在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)提供了重要的參考依據(jù)。

動(dòng)態(tài)特性

包括二極管橋的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間、反向恢復(fù)時(shí)間、SPI上電延遲、小信號(hào)COM_到NO_的導(dǎo)通阻抗、-3dB帶寬、關(guān)斷隔離度、串?dāng)_、諧波失真、互調(diào)失真以及各種引腳的電容等。這些動(dòng)態(tài)特性對(duì)于評(píng)估開(kāi)關(guān)在不同工作條件下的性能至關(guān)重要。

數(shù)字I/O和電源特性

數(shù)字I/O引腳（CLR、DIN、DOUT、CLK、LE）具有明確的輸入高、低電壓、輸入遲滯、輸入泄漏電流、輸入電容以及輸出高、低電壓等特性。電源部分包括正邏輯電源電壓（VDD）、正模擬電源電壓（VCC）、負(fù)模擬電源電壓（VEE）以及各個(gè)電源的電流等參數(shù)。這些特性確保了器件在不同電源條件下的穩(wěn)定運(yùn)行。

邏輯時(shí)序特性

詳細(xì)規(guī)定了CLK周期、高電平和低電平時(shí)間、CLK到DOUT的延遲、DIN到CLK的建立和保持時(shí)間、CLK到LE的建立時(shí)間、LE低脈沖寬度以及CLR高脈沖寬度等參數(shù)。正確理解和應(yīng)用這些時(shí)序參數(shù)，對(duì)于確保器件正常工作和與其他電路的協(xié)同工作至關(guān)重要。

典型工作特性

附件中給出了一系列典型工作特性曲線(xiàn)，直觀地展示了器件在不同工作條件下的性能表現(xiàn)，例如電源電流與電源電壓和溫度的關(guān)系、COM_到NO_的小信號(hào)傳輸函數(shù)和阻抗與頻率的關(guān)系、串?dāng)_與頻率的關(guān)系等。這些曲線(xiàn)能幫助工程師更好地了解器件的性能特點(diǎn)，從而優(yōu)化電路設(shè)計(jì)。

引腳配置與功能

引腳配置

器件采用56引腳的5mm x 11mm TQFN封裝，引腳配置經(jīng)過(guò)精心優(yōu)化，便于實(shí)現(xiàn)緊湊的物理布局。

引腳功能

不同引腳承擔(dān)著不同的功能，如COM_系列引腳為T(mén)/R開(kāi)關(guān)的輸入引腳，在開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)允許低壓信號(hào)通過(guò)，同時(shí)阻止高壓信號(hào)；HV_系列引腳也是T/R開(kāi)關(guān)的輸入引腳，當(dāng)存在高壓信號(hào)時(shí)，COM_引腳會(huì)跟隨HV_引腳；NO_系列引腳為T(mén)/R開(kāi)關(guān)的輸出引腳，同樣具有低壓信號(hào)導(dǎo)通、高壓信號(hào)阻斷的特性；CLK、DIN、DOUT、LE、CLR等引腳則用于串行接口的控制。

功能原理

串行接口

通過(guò)一個(gè)12位的串行移位寄存器和透明鎖存器來(lái)控制所有器件。前4位數(shù)據(jù)位控制二極管橋的偏置電流，后8位數(shù)據(jù)位控制T/R開(kāi)關(guān)。數(shù)據(jù)在CLK的上升沿按最高有效位（MSB）優(yōu)先的順序時(shí)鐘輸入到移位寄存器，并在CLK的上升沿從移位寄存器時(shí)鐘輸出到DOUT。

發(fā)送/接收開(kāi)關(guān)

基于二極管橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過(guò)串行接口設(shè)置S0 - S3開(kāi)關(guān)，可以調(diào)整每個(gè)二極管橋的偏置電流。

鎖存使能（LE）

當(dāng)LE為低電平時(shí)，可以改變鎖存器的內(nèi)容并更新T/R開(kāi)關(guān)的狀態(tài)；當(dāng)LE為高電平時(shí)，鎖存器內(nèi)容保持不變，防止開(kāi)關(guān)狀態(tài)發(fā)生改變。為了減少時(shí)鐘饋通引起的噪聲，在數(shù)據(jù)時(shí)鐘輸入到移位寄存器時(shí)，應(yīng)將LE置為高電平。當(dāng)數(shù)據(jù)移位寄存器加載有效數(shù)據(jù)后，將LE脈沖置為低電平，以將移位寄存器的內(nèi)容加載到鎖存器中。

鎖存清除（CLR）

當(dāng)CLR為高電平時(shí)，鎖存器內(nèi)容被重置為零，所有T/R開(kāi)關(guān)打開(kāi)，但CLR不影響移位寄存器的內(nèi)容。當(dāng)CLR再次為高電平，且LE為低電平時(shí)，移位寄存器的內(nèi)容將被加載到鎖存器中。

上電復(fù)位

器件具備上電復(fù)位電路，確保在上電時(shí)所有開(kāi)關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)，內(nèi)部的12位串行移位寄存器和鎖存器被置為零。

應(yīng)用信息

醫(yī)療/工業(yè)成像與超聲應(yīng)用

這些開(kāi)關(guān)在醫(yī)療/工業(yè)成像和超聲領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。附件中給出了多個(gè)應(yīng)用電路圖，展示了它們?cè)诓煌昑/R路徑中的應(yīng)用方式，如每個(gè)接收通道對(duì)應(yīng)一個(gè)發(fā)送的超聲T/R路徑、帶有外部隔離的每個(gè)接收通道對(duì)應(yīng)一個(gè)發(fā)送的超聲T/R路徑以及每個(gè)接收通道對(duì)應(yīng)多個(gè)發(fā)送的超聲T/R路徑等。

超聲特定的IMD3規(guī)格

在超聲應(yīng)用中，與典型通信應(yīng)用不同，超聲特定的IMD3雙音規(guī)格中的兩個(gè)輸入音的幅度不相等。在測(cè)量中，F(xiàn)1代表組織的反射，F(xiàn)2代表血液的反射，后者的幅度通常比前者低25dB。因此，測(cè)量定義為一個(gè)輸入音比另一個(gè)低25dB。在超聲應(yīng)用中，感興趣的IMD3產(chǎn)物（F1 - (F2 - F1)）會(huì)表現(xiàn)為一個(gè)不期望的多普勒誤差信號(hào)。

邏輯電平與級(jí)聯(lián)

數(shù)字接口輸入（CLK、DIN、LE、CLR）能夠耐受高達(dá)+5.5V的電壓，與VDD電源電壓無(wú)關(guān)，這使得它們能夠與更高電壓的控制器兼容。同時(shí)，數(shù)字輸出DOUT允許通過(guò)菊花鏈連接多個(gè)器件，方便實(shí)現(xiàn)多通道的信號(hào)處理。

電源排序與旁路

器件不需要對(duì)VDD、VCC和VEE電源電壓進(jìn)行特殊的排序，但在電源上下電過(guò)程中，模擬開(kāi)關(guān)輸入必須未連接，或者滿(mǎn)足VEE ≤ (VHV, VCOM, VNO_) ≤ VCC的條件。此外，應(yīng)使用1μF的陶瓷電容盡可能靠近器件將VDD、VCC和VEE旁路到地。

PCB布局

引腳配置經(jīng)過(guò)優(yōu)化，便于實(shí)現(xiàn)緊湊的物理布局。TQFN - EP封裝的暴露焊盤(pán)（EP）為芯片提供了低熱阻路徑，因此在設(shè)計(jì)PCB時(shí)，應(yīng)確保其能夠從EP傳導(dǎo)熱量，并為EP提供低電感的接地路徑。EP必須通過(guò)焊接直接連接到PCB的接地平面，或者通過(guò)一組鍍通孔連接。

綜上所述，MAX4936 - MAX4939八通道高壓收發(fā)開(kāi)關(guān)系列產(chǎn)品以其豐富的功能、出色的性能和良好的易用性，為電子工程師在醫(yī)療、工業(yè)成像和超聲等領(lǐng)域的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)優(yōu)秀的選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師可以根據(jù)具體需求合理選擇器件，并結(jié)合其特性和應(yīng)用信息進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)最佳的系統(tǒng)性能。你在使用這些開(kāi)關(guān)時(shí)，有沒(méi)有遇到過(guò)一些特別的挑戰(zhàn)呢？不妨在評(píng)論區(qū)分享一下你的經(jīng)驗(yàn)。