MAX14808/MAX14809：高電壓數(shù)字脈沖發(fā)生器的佼佼者

在電子工程師的工具箱中，高電壓數(shù)字脈沖發(fā)生器是驅(qū)動超聲系統(tǒng)中壓電換能器的關(guān)鍵組件。今天，我們一起來深入了解一下Maxim Integrated推出的MAX14808/MAX14809，這兩款八通道三電平/四通道五電平、高壓2A數(shù)字脈沖發(fā)生器憑借其卓越的性能和豐富的功能，在眾多同類產(chǎn)品中脫穎而出。

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產(chǎn)品概述

MAX14808/MAX14809能夠根據(jù)低壓控制邏輯輸入，產(chǎn)生高頻高壓雙極脈沖（最高可達(dá)±105V），用于驅(qū)動超聲系統(tǒng)中的壓電換能器。這兩款設(shè)備的八個通道均內(nèi)置了過壓保護(hù)二極管和集成式有源歸零鉗位電路。同時，它們還具備嵌入式獨立（浮動）電源（FPS）和電平轉(zhuǎn)換器，無需外部高壓電容器即可實現(xiàn)信號傳輸。值得一提的是，MAX14808還集成了八個收發(fā)（T/R）開關(guān)，而MAX14809則不具備此功能。

產(chǎn)品特點

節(jié)省空間

• 高集成度：在一個封裝內(nèi)集成了8個通道（三電平操作）或4個通道（五電平操作），非常適合高通道數(shù)系統(tǒng)和便攜式系統(tǒng)。
• 集成低功耗T/R開關(guān)（MAX14808）：減少了外部元件的使用，進(jìn)一步節(jié)省了電路板空間。
• DirectDrive?架構(gòu)：無需外部高壓電容器，簡化了設(shè)計。
• 無需外部浮動電源：降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性。

高性能

• 出色的諧波失真：在5MHz時，二次諧波的典型THD為 - 43dBc，能夠有效提升圖像質(zhì)量。
• 同步功能：消除了FPGA抖動的影響，改善了多普勒模式下的性能。
• 低傳播延遲：典型值為18ns，確保了信號的快速響應(yīng)。
• 強(qiáng)大的有源歸零功能：保證了信號的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

節(jié)省功耗

• 低靜態(tài)功耗：八通道模式下，每通道的靜態(tài)功耗僅為5.7mW。
• 可編程電流能力：可調(diào)節(jié)最大電流（0.5A至2A），在不需要全電流能力時降低功耗。
• 關(guān)機(jī)模式和禁用發(fā)射模式：進(jìn)一步節(jié)省了能源。

工作模式

八通道三電平脈沖模式

每個通道由兩個邏輯輸入（DINN/DINP）控制，有源歸零功能的電流驅(qū)動能力為脈沖發(fā)生器的一半，典型值為1A。

四通道五電平脈沖模式

每個通道由三個邏輯輸入控制，有源歸零功能的電流驅(qū)動能力與脈沖發(fā)生器相同，典型值為2A。

時鐘模式和透明模式

• 時鐘模式：數(shù)據(jù)輸入可與干凈的差分或單端時鐘同步，減少與FPGA輸出信號相關(guān)的相位噪聲，有利于多普勒分析。
• 透明模式：同步功能禁用，輸出在18ns延遲后反映數(shù)據(jù)輸入。

電氣特性

絕對最大額定值

了解這些參數(shù)對于確保設(shè)備的安全運行至關(guān)重要。例如，VDD邏輯電源電壓范圍為 - 0.3V至 + 5.6V，VCC正驅(qū)動電源電壓范圍為 - 0.3V至 + 5.6V等。在設(shè)計過程中，必須嚴(yán)格遵守這些額定值，避免設(shè)備損壞。

DC電氣特性

詳細(xì)列出了各種電源、邏輯輸入/輸出、時鐘輸入等的參數(shù)，包括電壓范圍、電流、電阻等。這些參數(shù)為工程師在電路設(shè)計和性能評估提供了重要依據(jù)。例如，邏輯輸入電容典型值為4pF，這對于信號的傳輸和處理有著重要影響。

AC電氣特性

包括邏輯輸入到輸出的傳播延遲、輸出上升/下降時間、T/R開關(guān)的開啟/關(guān)閉時間等。這些參數(shù)對于評估設(shè)備在高頻和動態(tài)環(huán)境下的性能至關(guān)重要。例如，邏輯輸入到輸出的上升傳播延遲典型值為18ns，這決定了信號的響應(yīng)速度和系統(tǒng)的整體性能。

應(yīng)用場景

• 超聲醫(yī)學(xué)成像：為超聲成像設(shè)備提供高質(zhì)量的脈沖信號，提高圖像的清晰度和準(zhǔn)確性。
• 工業(yè)探傷檢測：用于檢測材料內(nèi)部的缺陷，確保工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量和安全性。
• 壓電驅(qū)動器：驅(qū)動壓電元件，實現(xiàn)精確的運動控制和能量轉(zhuǎn)換。
• 測試設(shè)備：為測試設(shè)備提供穩(wěn)定的脈沖信號，保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

設(shè)計建議

布局和散熱

• 暴露焊盤：設(shè)備的TQFN封裝下方有一個暴露焊盤（EP），應(yīng)將其連接到GND，并避免在封裝下方布線，以防止短路。同時，將EP連接到PCB元件側(cè)的一個相同尺寸的焊盤，并通過多個鍍孔連接到焊料側(cè)的大面積散熱銅區(qū)，以幫助散熱。
• 旁路電容器：高速脈沖發(fā)生器需要低電感的旁路電容器連接到其電源輸入。在PCB設(shè)計中，應(yīng)盡量縮短走線長度，使用足夠的走線寬度以降低電感，并推薦使用表面貼裝元件。

電源排序

當(dāng)使用嵌入式FPS（LDO_EN = 低）時，設(shè)備不需要任何上電/下電順序。當(dāng)使用外部FPS（LDOEN = 高）時，在整個上電/下電瞬態(tài)過程中，必須滿足 (V{GP} > (V{EE} - 0.6V)) 和 (V{GN} < (V{CC} + 0.6V)) 的條件。

總結(jié)

MAX14808/MAX14809以其節(jié)省空間、高性能、低功耗等優(yōu)點，在超聲系統(tǒng)和其他相關(guān)應(yīng)用中具有廣闊的應(yīng)用前景。作為電子工程師，我們在設(shè)計過程中應(yīng)充分利用其特點和功能，同時注意布局、散熱和電源排序等問題，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。你在使用類似的高電壓數(shù)字脈沖發(fā)生器時，遇到過哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。