深入解析Microchip HV2070模擬開關(guān)評估板

引言

在電子設計領(lǐng)域，模擬開關(guān)評估板在眾多應用中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。Microchip的HV2070模擬開關(guān)評估板為工程師們提供了一個強大的工具，用于測試和開發(fā)涉及高電壓、高電流和高頻脈沖的應用。本文將詳細介紹HV2070模擬開關(guān)評估板的各個方面，包括產(chǎn)品概述、安裝操作、GUI描述、PCB設計等內(nèi)容，幫助工程師們更好地了解和使用這款評估板。

文件下載：ADM00853.pdf

產(chǎn)品概述

HV2070器件簡介

HV2070是一款無高壓偏置、32通道的高壓模擬開關(guān)，采用L - Switch架構(gòu)。它專為需要高壓切換且由低壓命令信號控制的應用而設計，如醫(yī)療超聲成像、驅(qū)動壓電換能器和打印機等。該器件具有兩種工作模式：個體切換模式和銀行切換模式，用戶可通過MODE引腳邏輯輸入進行選擇。此外，它還有待機模式，可降低空閑狀態(tài)下的功耗。

評估板特點

• 高性能開關(guān)：采用HV2070無高壓偏置、32通道的高壓模擬開關(guān)，具有L - Switch架構(gòu)。
• 配套控制板：設計用于與Microchip HV MUX控制器板配合使用。
• 內(nèi)置脈沖發(fā)生器：配備兩個內(nèi)置MD1822和TC6320脈沖發(fā)生器的2:1 MUX。
• 波形輸出：可輸出5 MHz的3級電壓脈沖波形。
• 負載配置：每個SW8T、SW9T、SW24T、SW25T都有板載330 pF//2.5 kΩ的虛擬負載。
• 控制方式：可通過PC GUI和HV MUX控制器板進行模式選擇、開關(guān)控制以及脈沖發(fā)生器的開關(guān)和時域控制。

評估板功能與參數(shù)

安裝與操作

準備工作

HV2070模擬開關(guān)評估板已完全組裝和測試，需要+3.3V、+10V、±6.0V和±100V六個電源電壓軌。操作還需要以下額外工具：

1. 帶寬至少為500 MHz的示波器和兩個高阻抗探頭，并確保電源接地與示波器接地正確連接。
2. Microchip HV MUX控制器板（ADM00825）。
3. 安裝并運行HV MUX控制器板GUI軟件的Microsoft Windows 7 PC，將J1和J2連接到HV MUX控制器板，并通過USB端口將HV MUX控制器板連接到Windows 7 PC。

HV MUX GUI安裝

HV MUX GUI軟件安裝程序可從Microchip網(wǎng)站（www.mircochip.com）下載，通過搜索評估板部件號ADM00853獲取。安裝步驟如下：

1. 打開HVMUXGUI - v1.0.0 - windows - installer.exe。
2. 啟動應用程序安裝對話框，點擊“Next”開始安裝。
3. 閱讀并接受許可協(xié)議。
4. 選擇安裝目錄，可瀏覽指定位置或使用默認位置。
5. 確認安裝路徑后，點擊“Next”開始安裝，安裝過程中會顯示安裝狀態(tài)窗口。
6. 安裝完成后，點擊“Finish”退出安裝程序。

評估板設置步驟

1. 使用連接器J1和J2將評估板連接到HV MUX控制器板。
2. 連接J5、J6、J7和J11上的所有跳線以連接板載R - C負載。
3. 按照表2 - 1所示的極性將所有電源連接到電壓供應輸入連接器J3和J4，注意仔細觀察每個電源軌的極性并設置電壓和電流限制。
4. 先開啟Vss，再開啟VDD。
5. 開啟VLL。
6. 開啟VGP和VPP、VNN。
7. 使用USB電纜將HV MUX控制器板連接到PC。
8. 為HV MUX控制器板提供+12V/1A電源。
9. 在PC上運行HV MUX GUI軟件。
10. 在GUI中點擊“Initialize HV MUX Controller Board”按鈕，屏幕底部的狀態(tài)窗口將顯示“initialization complete”消息。
11. 清除STBY復選框以將HV2070設置為正常操作，并通過選擇/清除MODE復選框選擇切換模式。
12. 點擊“Set HV MUX”按鈕，將所有數(shù)字控制信號應用到HV2070。
13. 設置脈沖發(fā)生器的脈沖數(shù)和TOFF時間。
14. 選擇CH1或CH2以分別設置通道1或通道2的脈沖發(fā)生器。
15. 點擊“Start”按鈕，所選脈沖發(fā)生器開始生成脈沖串。
16. 點擊“Stop”按鈕，所選脈沖發(fā)生器停止生成脈沖串。

推薦的電源上下電順序

電源上下電順序非常重要，錯誤的順序可能會損壞設備。推薦的電源上電順序為：Vss -> VDD -> VLL（邏輯信號低） -> VGP -> VPP和VNN；下電順序為：VPP和VNN -> VGP -> VLL（邏輯信號低） -> VDD -> Vss。

接口連接

評估板的J2控制接口信號包括SCK、CSB、MISO、MOSI等多個信號，每個信號都有特定的功能和I/O類型。具體信號信息可參考文檔中的表2 - 3。

測試評估板

個體切換模式操作

在個體切換模式下，用戶可通過USB連接的PC GUI軟件程序控制32個開關(guān)的開/關(guān)：

1. 點擊左上角的“Initialize HV MUX Controller”按鈕。
2. 清除STBY以將HV2070設置為正常操作。
3. 選擇MODE以將HV2070設置為個體切換模式。
4. 在DIN中輸入32位數(shù)據(jù)以設置開關(guān)的開/關(guān)狀態(tài)，數(shù)據(jù)1表示開關(guān)打開，數(shù)據(jù)0表示開關(guān)關(guān)閉。
5. 點擊“Set HV MUX”按鈕。
6. GUI和控制器板將生成32位數(shù)據(jù)和32個時鐘，隨后是一個LE負脈沖，開關(guān)將根據(jù)GUI中的DIN數(shù)據(jù)進行開/關(guān)操作。
7. 如果用戶選擇CLR并點擊“Set HV MUX”按鈕，所有開關(guān)將關(guān)閉。

銀行切換模式操作

在銀行切換模式下，用戶可通過USB連接的PC GUI軟件程序同時控制所有偶數(shù)開關(guān)（SW0、SW2、...、SW30）和所有奇數(shù)開關(guān)（SW1、SW3、...、SW31）的開/關(guān)：

1. 點擊左上角的“Initialize HV MUX Controller”按鈕。
2. 清除STBY以將HV2070設置為正常操作。
3. 清除MODE以將HV2070設置為銀行切換模式。
4. 選擇EN復選框以激活HV2070的銀行切換模式，若未選擇EN，所有開關(guān)將設置為關(guān)閉。
5. 選擇A/B以將所有偶數(shù)開關(guān)打開，所有奇數(shù)開關(guān)關(guān)閉；或清除A/B以將所有偶數(shù)開關(guān)關(guān)閉，所有奇數(shù)開關(guān)打開。
6. 點擊“Set HV MUX”按鈕。
7. GUI和HV MUX控制器板將根據(jù)用戶在GUI中設置的控制數(shù)據(jù)生成數(shù)字控制信號。

脈沖發(fā)生器輸出生成

在SW8T的SMA連接器上生成Ch1脈沖發(fā)生器輸出的步驟如下：

1. 在給HV2070模擬開關(guān)評估板上電之前，確保PC上安裝了最新的GUI軟件。
2. 啟動GUI程序，若板未連接，屏幕左下角的狀態(tài)欄將顯示“Not Connected”消息。
3. 按照前面所述的步驟為HV MUX控制器板和HV2070模擬開關(guān)評估板上電，狀態(tài)欄將顯示“Connected”提示。
4. 點擊“Initialize HV MUX Controller”按鈕，檢查消息窗口以確認顯示“Initialization Complete”。
5. 清除STBY復選框以將HV2070設備設置為正常操作。
6. 選擇MODE以將HV2070設備設置為個體切換模式。
7. 將DIN中的第8位從0更改為1以打開SW8（DIN = 0000000000000000000000000100000000）。
8. 點擊“Set HV MUX”按鈕以打開HV2070的SW8。
9. 將脈沖數(shù)更改為10。
10. 選擇CH1。
11. 點擊“Start”按鈕，CH1脈沖發(fā)生器將開始生成包含10個脈沖和30 ms TOFF時間的脈沖串。

GUI描述

PCB設計與布局注意事項

高壓和高速接地及布局技術(shù)

HV2070模擬開關(guān)評估板用于傳輸高壓、高電流和高頻脈沖，PCB設計和布局對于確保實現(xiàn)的成功至關(guān)重要。HV2070 TFBGA封裝底部的中心球內(nèi)部連接到IC的基板（VSUB），這些球應在PCB上外部連接到GND。由于模擬開關(guān)傳輸高壓和高速信號，用戶必須注意連接走線，特別是要應用50Ω到接地平面的受控阻抗和更大的走線間距。采用高速PCB走線設計實踐，HV2070的內(nèi)部電路可以在相當高的頻率下運行，主要速度限制是負載電容。因此，電源電壓旁路電容器應盡可能靠近引腳，所有GND引腳應具有低電感的直通連接，直接連接到PCB第二層的實心接地平面。建議盡量減小到接地平面的走線長度，并在電源引線到電容器中插入鐵氧體磁珠以防止電源線路中的諧振。同時，要盡量減小走線長度并使用足夠的走線寬度以降低電感，高度推薦使用表面貼裝元件。使用實心接地平面和良好的電源及信號布局實踐可以防止任何可能的寄生電容耦合，用戶還應確保來自電容性負載的循環(huán)接地返回電流不會與公共電感相互作用，從而在輸入邏輯電路中產(chǎn)生噪聲電壓。

去耦電容器選擇

VLL、VDD和Vss電源電壓軌需要能夠提供快速瞬態(tài)電流，因此應在每個電源引腳附近使用低阻抗旁路電容器。建議使用電容值為1.0 - 2.2 μF、具有適當電壓額定值的表面貼裝陶瓷電容器。選擇這些旁路電容器時，要驗證陶瓷電容器的類型，低阻抗意味著在超聲脈沖傳輸?shù)念l率帶寬范圍內(nèi)具有低ESR/ESL阻抗，包括脈沖上升和下降沿的非?？斓膁V/dt。還建議選擇具有低溫系數(shù)和低電壓系數(shù)的電容器，如X7R和X5R或其他更先進的多層陶瓷類型。

總結(jié)

Microchip的HV2070模擬開關(guān)評估板為工程師提供了一個全面的解決方案，用于測試和開發(fā)涉及高壓模擬開關(guān)的應用。通過本文的介紹，我們了解了評估板的產(chǎn)品特點、安裝操作、GUI控制以及PCB設計等方面的內(nèi)容。在實際應用中，工程師們需要嚴格按照操作步驟進行安裝和測試，同時注意PCB設計和布局的要點，以確保評估板的性能和穩(wěn)定性。你在使用這款評估板的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。