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

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

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產(chǎn)品概述

MAX4936 - MAX4939基于二極管橋拓撲結(jié)構(gòu)，通過SPI接口可以對二極管橋中的電流進行編程控制。這些器件都具備一個鎖存清除輸入引腳（CLR），能異步關(guān)閉所有的T/R開關(guān)，并使器件進入低功耗的關(guān)斷模式。

不同型號的差異

• MAX4936/MAX4938：不僅包含T/R開關(guān)，還有削波二極管，可同時執(zhí)行發(fā)送和接收操作。在高壓發(fā)送時，發(fā)送路徑呈現(xiàn)低阻抗；在低壓接收時，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、低失真和低抖動的特性。
• MAX4937/MAX4939：僅包含T/R開關(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為低阻抗，在高壓發(fā)送時為高阻抗，這為接收電路提供了有效的保護。同時，低壓接收路徑還具備高帶寬、低噪聲、低失真和低抖動的優(yōu)點。此外，每個T/R開關(guān)都可以單獨進行編程開啟或關(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。

保護特性

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

特性亮點

低功耗與高性能

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

易于編程

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

高密度集成

每封裝包含8個通道，有效節(jié)省了電路板空間，非常適合對空間要求較高的應(yīng)用場景。

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）以及具備高壓保護的低壓接收路徑等特性，進一步提升了產(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)為工程師在進行電路設(shè)計時提供了重要的參考依據(jù)。

動態(tài)特性

包括二極管橋的導(dǎo)通和關(guān)斷時間、反向恢復(fù)時間、SPI上電延遲、小信號COM_到NO_的導(dǎo)通阻抗、-3dB帶寬、關(guān)斷隔離度、串擾、諧波失真、互調(diào)失真以及各種引腳的電容等。這些動態(tài)特性對于評估開關(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）、負模擬電源電壓（VEE）以及各個電源的電流等參數(shù)。這些特性確保了器件在不同電源條件下的穩(wěn)定運行。

邏輯時序特性

詳細規(guī)定了CLK周期、高電平和低電平時間、CLK到DOUT的延遲、DIN到CLK的建立和保持時間、CLK到LE的建立時間、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)用這些時序參數(shù)，對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，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_的小信號傳輸函數(shù)和阻抗與頻率的關(guān)系、串擾與頻率的關(guān)系等。這些曲線能幫助工程師更好地了解器件的性能特點，從而優(yōu)化電路設(shè)計。

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)過精心優(yōu)化，便于實現(xiàn)緊湊的物理布局。

引腳功能

不同引腳承擔著不同的功能，如COM_系列引腳為T/R開關(guān)的輸入引腳，在開關(guān)導(dǎo)通時允許低壓信號通過，同時阻止高壓信號；HV_系列引腳也是T/R開關(guān)的輸入引腳，當存在高壓信號時，COM_引腳會跟隨HV_引腳；NO_系列引腳為T/R開關(guān)的輸出引腳，同樣具有低壓信號導(dǎo)通、高壓信號阻斷的特性；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

通過一個12位的串行移位寄存器和透明鎖存器來控制所有器件。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)先的順序時鐘輸入到移位寄存器，并在CLK的上升沿從移位寄存器時鐘輸出到DOUT。

發(fā)送/接收開關(guān)

基于二極管橋拓撲結(jié)構(gòu)，通過串行接口設(shè)置S0 - S3開關(guān)，可以調(diào)整每個二極管橋的偏置電流。

鎖存使能（LE）

當LE為低電平時，可以改變鎖存器的內(nèi)容并更新T/R開關(guān)的狀態(tài)；當LE為高電平時，鎖存器內(nèi)容保持不變，防止開關(guān)狀態(tài)發(fā)生改變。為了減少時鐘饋通引起的噪聲，在數(shù)據(jù)時鐘輸入到移位寄存器時，應(yīng)將LE置為高電平。當數(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CLR為高電平時，鎖存器內(nèi)容被重置為零，所有T/R開關(guān)打開，但CLR不影響移位寄存器的內(nèi)容。當CLR再次為高電平，且LE為低電平時，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，確保在上電時所有開關(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。附件中給出了多個應(yīng)用電路圖，展示了它們在不同超聲T/R路徑中的應(yīng)用方式，如每個接收通道對應(yīng)一個發(fā)送的超聲T/R路徑、帶有外部隔離的每個接收通道對應(yīng)一個發(fā)送的超聲T/R路徑以及每個接收通道對應(yīng)多個發(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)格中的兩個輸入音的幅度不相等。在測量中，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，測量定義為一個輸入音比另一個低25dB。在超聲應(yīng)用中，感興趣的IMD3產(chǎn)物（F1 - (F2 - F1)）會表現(xiàn)為一個不期望的多普勒誤差信號。

邏輯電平與級聯(lián)

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

電源排序與旁路

器件不需要對VDD、VCC和VEE電源電壓進行特殊的排序，但在電源上下電過程中，模擬開關(guān)輸入必須未連接，或者滿足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)過優(yōu)化，便于實現(xiàn)緊湊的物理布局。TQFN - EP封裝的暴露焊盤（EP）為芯片提供了低熱阻路徑，因此在設(shè)計PCB時，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必須通過焊接直接連接到PCB的接地平面，或者通過一組鍍通孔連接。

綜上所述，MAX4936 - MAX4939八通道高壓收發(fā)開關(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)計提供了一個優(yōu)秀的選擇。在實際應(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)用信息進行優(yōu)化設(shè)計，以實現(xiàn)最佳的系統(tǒng)性能。你在使用這些開關(guān)時，有沒有遇到過一些特別的挑戰(zhàn)呢？不妨在評論區(qū)分享一下你的經(jīng)驗。