Microchip HV7351超聲發(fā)射波束形成器評估板使用指南

一、前言

在超聲設(shè)備的研發(fā)過程中，一款性能優(yōu)良的評估板對于工程師們來說至關(guān)重要。Microchip的HV7351超聲發(fā)射波束形成器評估板就是這樣一款值得關(guān)注的產(chǎn)品。本文將結(jié)合Microchip官方提供的用戶指南，為大家詳細(xì)介紹這款評估板的相關(guān)信息。

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二、產(chǎn)品概述

2.1 HV7351器件概述

Microchip的HV7351是一款單片、八通道、高速、高壓超聲發(fā)射歸零（RTZ）可編程脈沖發(fā)生器。它采用11 x 11 x 0.9 mm、80引腳的DFN封裝。每個通道能夠輸出高達(dá)±70V的電壓，并能以3A以上的電流進(jìn)行有源放電回到0V，以實(shí)現(xiàn)快速的輸出上升和下降時間。其數(shù)字波束形成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)顯著減少了到發(fā)射器的I/O邏輯控制線路數(shù)量。每個輸出由16或32位串行移位寄存器控制，可根據(jù)加載到移位寄存器中的內(nèi)容生成任意模式，還提供了四個獨(dú)立的模式選項(xiàng)。此外，每個輸出都配備了可編程的10位延遲計數(shù)器，方便用戶為每個通道編程不同的延遲時間以實(shí)現(xiàn)波束形成。

2.2 評估板概述

評估板上有兩個內(nèi)置的復(fù)雜可編程邏輯器件（CPLD）和一個串行EEPROM，可提供多種演示波形模式。用戶還可以通過6引腳的聯(lián)合測試行動組（JTAG）接口輕松將其他自定義實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)下載到這些CPLD/PROM中。評估板的輸出波形可以通過將示波器探頭連接到測試點(diǎn)TX1 - TX8和GND直接顯示。通過焊接跳線可以選擇是否連接板上的假負(fù)載（一個330 pF電容與一個2.5 kΩ電阻并聯(lián)），測試點(diǎn)也可用于連接用戶的換能器，方便評估脈沖發(fā)生器。

2.3 評估板特點(diǎn)

• 豐富的編程模式：兩個CPLD可用于編程各種數(shù)據(jù)模式。
• 操作便捷：通過按鈕可以選擇各種波形、傳輸頻率、波形反轉(zhuǎn)、模式（亮度或連續(xù)波模式）和啟用狀態(tài)，并且有LED指示燈指示按鈕操作。
• 靈活的時鐘源：能夠繞過晶體振蕩器，使用外部時鐘源。
• 便于測試：有眾多測試點(diǎn)，可用于探測各種輸入和輸出信號。

2.4 評估板套件內(nèi)容

• HV7351超聲發(fā)射波束形成器評估板（ADM00658）
• 重要信息表

三、安裝與操作

3.1 準(zhǔn)備工作

操作評估板需要額外的工具，包括一個能夠提供3.3V、5V、 -5V、12V、 -12V、70V和 -70V的直流電源，以及一個示波器和/或萬用表來觀察波形和測量電氣參數(shù)。

3.2 設(shè)置步驟

1. 電源連接：按照圖2 - 1正確連接電源到評估板，注意各引腳的電壓和電流要求。
2. 設(shè)置電源參數(shù)：在連接電源連接器J4之前，根據(jù)表2 - 1設(shè)置電源軌的電壓和電流限制。
3. 連接示波器：將示波器的高阻抗探頭連接到Tx輸出。
4. 上電順序：按照表2 - 2的上電順序?yàn)殡娫瓷想姟?/li>
5. 啟用評估板：成功上電后，按下ENA按鈕啟用評估板。
6. 波形和頻率調(diào)整：通過按下WAVE和FREQ按鈕分別更改輸出波形和傳輸頻率。
7. 波形反轉(zhuǎn)：按下INVERT按鈕可以反轉(zhuǎn)輸出波形。
8. 模式切換：按下CW按鈕可以切換傳輸模式，在連續(xù)波（CW）模式下，建議將 (V{PP}) 和 (V{NN}) 電壓設(shè)置在±8V以內(nèi)，以防止評估板過熱。

3.3 評估方法

評估HV7351超聲發(fā)射波束形成器評估板的最佳方法是使用數(shù)字電壓表（DVM）測量電壓和電流，并使用示波器探測電路板。

3.4 正常操作注意事項(xiàng)

• 評估板應(yīng)使用具有限流功能的多個實(shí)驗(yàn)室直流電源供電。
• 為滿足示波器高阻抗探頭的典型負(fù)載條件，應(yīng)通過焊接跳線將板上的假負(fù)載連接到高壓脈沖發(fā)生器輸出。若要評估不同的負(fù)載條件，可以在設(shè)備的電流和功率限制范圍內(nèi)更改RC的值。
• 為了驅(qū)動用戶的壓電換能器，應(yīng)適當(dāng)匹配輸出負(fù)載阻抗，以避免電纜和換能器反射，建議使用70至75 kΩ的同軸電纜，并將電纜末端直接焊接到TX1 - TX8和GND上，且引線要盡可能短。如果使用用戶自己的負(fù)載，應(yīng)通過切斷0kΩ電阻（R8、R12、R29、R30、R10、R37、R52和R53）與八個電阻焊盤之間的小短路銅跡線來斷開板上的假負(fù)載。
• 所有板上測試點(diǎn)都設(shè)計用于與示波器的高阻抗探頭配合使用，使用時要確保 (V{PP}) 和 (V{NN}) 電壓不超過探頭的限制，并且接地引線要短。

四、印刷電路板布局技術(shù)

4.1 熱焊盤連接

HV7351封裝底部的大散熱焊盤內(nèi)部連接到IC的襯底（ (V_{SUB}) ），在PCB上應(yīng)將其外部連接到0V或GND。

4.2 高速布線

設(shè)計時需要注意輸出TX1 - TX8的連接走線，特別是高壓和高速走線，應(yīng)采用與約50 MHz至100 MHz工作速度兼容的高速PCB走線設(shè)計方法，確保與接地平面的受控阻抗和足夠的走線間距。

4.3 旁路電容

由于驅(qū)動容性負(fù)載時會產(chǎn)生高速和高瞬態(tài)電流，電源電壓旁路電容應(yīng)盡可能靠近引腳。GND引腳應(yīng)具有低電感的穿通過孔連接，并直接焊接到實(shí)心接地平面上。每個 (V{LL})、 (AV{DD})、 (DV{DD})、 (PV{DD})、 (PV{ss})、 (V{PP})、 (V{NN})、 (V{PF})、 (V{NF}) 和 (V{RN}) 電壓供應(yīng)和旁路電容引腳都應(yīng)配備陶瓷電容，并靠近引腳放置，其中只有 (V{PP}) 和 (V{NN}) 到GND的電容需要是高壓類型， (V{PF}) 到 (V{PP}) 和 (V{NF}) 到 (V{NN}) 的電容可以是低壓類型。

4.4 減少共振

應(yīng)盡量減少到接地平面的走線長度，并在電源供應(yīng)引線到電容之間插入鐵氧體磁珠，以防止電源供應(yīng)線路內(nèi)的共振。對于對抖動和噪聲敏感的應(yīng)用，以及使用多個HV7351 IC時，應(yīng)在每個芯片的供應(yīng)線路之間插入另一個鐵氧體磁珠。

4.5 降低電感

為了降低電感，應(yīng)特別注意最小化走線長度并使用足夠的走線寬度，建議使用表面貼裝元件。由于HV7351高壓功率級的輸出阻抗非常低，在某些情況下，可能需要在輸出TX1 - TX8上串聯(lián)一個小值電阻，以在長電纜后獲得更好的負(fù)載端子波形完整性，并降低容性負(fù)載端子的輸出電壓轉(zhuǎn)換速率。

4.6 防止寄生耦合

要特別注意HV7351輸出到輸入信號端子的寄生耦合，這種反饋可能會導(dǎo)致振蕩或信號過渡邊緣出現(xiàn)雜散波形。由于輸入信號低至3.3V，即使是小的耦合電壓也可能導(dǎo)致問題，使用實(shí)心接地平面和良好的電源及信號布局實(shí)踐可以防止這個問題。同時，應(yīng)確保容性負(fù)載的循環(huán)接地返回電流不會與公共電感相互作用，在輸入電路中產(chǎn)生噪聲電壓。

五、附錄信息

5.1 原理圖和布局

附錄A提供了HV7351超聲發(fā)射波束形成器評估板的原理圖和布局圖，包括板的原理圖、頂層、頂層絲印層、中間層、底層、底層絲印層以及所有層和尺寸信息。

5.2 物料清單

附錄B列出了評估板的物料清單，包括各種電容、電阻、LED、連接器、IC等元件的型號和數(shù)量。

5.3 典型波形

附錄C展示了HV7351的典型波形，如八個通道的四個輸出、不同頻率和電壓下的輸出波形、歸零（RTZ）輸出波形、上升/下降時間等。

六、總結(jié)

Microchip的HV7351超聲發(fā)射波束形成器評估板為超聲設(shè)備的研發(fā)提供了一個強(qiáng)大而靈活的平臺。通過合理的安裝和操作，以及遵循正確的印刷電路板布局技術(shù)，工程師們可以充分發(fā)揮該評估板的性能，加速超聲產(chǎn)品的開發(fā)進(jìn)程。大家在使用過程中是否也遇到過類似評估板的一些獨(dú)特問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。