摘要：超聲傳輸大多數集成電路旨在支付應用，不一定適合工業應用的需求 。工業應用，流量計，和聲納經常有電壓能力，目前的能力，和頻率的不同要求。由于其具有很大的靈活性，Maxim的高電壓(HV)的產品，可用于廣泛的應用范圍。本文介紹了MAX4940四高壓數字脈沖發生器和MAX4968高壓多路復用器(MUX)的各種應用
目錄
概述
MAX4940高壓數字脈沖發生器
MAX4968高壓模擬開關
支持的應用程序
雙極
單極性正
單極性負
加倍的BTL配置的電壓能力
增加電流能力與并行
低和高頻率操作
低頻運行(<1MHz的)
較高的工作頻率(> 20MHz的)
概述
MAX4940高壓數字脈沖發生器
圖1顯示的基本功能框圖MAX4940，設備，具有4通道高電壓(HV)數字脈沖。(只有1出4個通道顯示在圖中)。
S1和S2交換機(分別連接到V PP _和V NN _)功能的200V電壓能力和2A電流能力 。
S3開關(稱為“鉗”在數據表)功能，200V電壓和1A電流的能力。
數字脈沖發生器可以工作在雙極型和單極化的應用。換句話說，在下列情況下都支持：
[V PP，V NN ] = [100 V，- 100V雙極
[V PP，V NN ] = [0，- 200V]單極負
[V PP，V NN ] = [200伏，0]單極積極
INP_ INN_控制S1和S2分別。
INC_控制S3(鉗)，但它是由S1和S2空調。在大多數應用中，INC_不需要驅動。您可以始終保持高的驅動器INP_和INC_只。這樣做，S3是激活每次S1和S2都熄滅。
圖1。MAX4940的功能框圖(4通道1)。
表1。MAX4940真相表
MAX4968高壓模擬開關
圖2顯示的基本功能框圖MAX4968，它具有16個獨立的高壓模擬開關。帶有SPI?接口，每個開關的內部狀態可以被編程 。在大多數超聲應用，高壓模擬開關用于實現高壓復用器。
SW1A，SW1B從V 神經網絡可以擺動至V NN + 200V 。
高壓模擬開關，可以工作在雙極型和單極應用。輸入/輸出電壓范圍可有下列情形之一：
(SW_)范圍= [+100 V - 100V]雙極
(SW_)范圍= [0 - 200V]單極負
(SW_)范圍= 200 V，0]單極性正
V 神經網絡可以從0V到200V，根據輸入信號的幅度和極性。V神經網絡共享可與脈沖發生器( 發射機)負電源 。
V PP是一種低電源電壓(10V只)
同等R ON是平坦的，在整個輸入范圍內(約20Ω)和電容是16PF只 。
圖2。MAX4968的功能框圖。
支持的應用程序
Maxim的高壓脈沖發生器和開關是獨一無二的，因為它們可以工作在雙極型和單極化的應用。(大多數工業超聲波應用是單極的。)Maxim的解決方案提供了一個很大的好處，無論是在單極化應用系統的尺寸縮小和簡化方面。應用圖和時間圖如下所示為雙極型和單極化應用。外部草削波二極管可以在一些省略的個案。
雙極應用
圖3。MAX4940四的典型應用電路，雙極數字
脈沖圖4 。使用MAX4940和MAX4968大大簡化了設計，在雙極應用中使用的高壓電源。
為方便起見，只有兩個通道連接和MAX4968配置為1:2高壓MUX。
只需要兩個高壓電源(V PP，V NN)。
MAX4940的裸露焊盤(未在圖4所示)必須連接到V NN。
圖5。信號脈沖和開關雙極負應用中使用MAX4940和MAX4968的時序
圖注：CLP_始終居高不下 。只有每個通道兩個典型的3級傳輸控制信號。
單極性正應用
圖6。MAX4940在一個單極的積極應用
。圖7 。在單極應用中使用MAX4940和MAX4968可減少高壓電源的需要。
只有一個高壓電源是必需的。
公告彗星GN _可以直接連接到彗星的DN _使每一個通道的電容將被刪除。
V EE的MAX4940的電源電壓是不再需要( V EE引腳接地) 。
電容器的公差為200V。
MAX4940的裸露焊盤(未顯示)，可以接地。
圖8。脈沖和開關單極積極應用中使用MAX4940和MAX4968的信號時序圖。
單極性負應用
圖9。使用MAX4940在單極應用。
圖10。使用MAX4968和MAX4940的單極性負應用，減少所需的高壓用品。
只需要一個高壓電源。
MAX4940的裸露焊盤(未顯示)是連接到V NN。
單極性正(圖6和圖 7)配置與單極負(需要更少的外部元件和更好的散熱性能，裸露焊盤連接至GND平面)相比略有可取 。
圖11。脈沖和開關單極負應用中使用MAX4940和MAX4968的信號時序圖。
電壓驅動能力的BTL配置加倍
在工業應用中，往往需要駕駛超過200V的電壓傳感器。無損檢測，流量計量，或其他應用程序使用的傳感器元件，可以要求以獲得更好的性能超過200V 的脈沖。MAX4940可以驅動一個橋接負載(BTL)配置的傳感器元件，一個峰，相當于增加一倍非高峰期激勵信號。需要使用兩個MAX4940通道驅動一個單一的傳感器元件。激勵電壓可高達400V 聚丙烯 的單個元素傳感器的兩個電極時，BTL配置是可能的。這并不適用于大型傳感器陣列，其中的元素通常都有一個共同的節點正常連接到GND。，圖12顯示了一個典型的 BTL應用圖。其出發點是單極的配置(在這個例子中的積極 )。然而，現在是連接傳感器的負載之間OUT1_和OUT2_。圖13顯示一個典型的駕駛執照計劃。因此，激勵信號的幅度可以達到2 × V PP，即400V聚丙烯。圖12 。一個典型的橋接負載(BTL)配置使用MAX4940 。圖13 。BTL配置中的一個典型的駕駛執照計劃的時序圖。
增加與并行的電流驅動能力
在工業應用中，一個大于2A的電流驅動能力，有時是需要的。這種高能力，可用于驅動高容性負載的NF秩序或工作在高頻率(例如，到30MHz至40MHz) 。MAX4940通道可以并行，以增加電流能力(2 = 4A通道，3通道= 6A，等上) ，例如，圖 14顯示了積極的單極4A數字脈沖發生器并聯使用2個通道驅動一個單一的元素。雖然圖展示MAX4940，類似的考慮，可以做到的MAX4968 。相關的方法也可以用于在雙極型和單極負應用。通道可以被并行化以減少電阻和增加驅動能力。，如圖14 。 這是一個4A積極的單極脈沖發生器中的應用框圖。使用BTL配置時，也可以并行通道。換句話說，可以使用MAX4940驅動一個單一的元素高達400V 的PP具有4A電流能力(圖15)。圖15。應用圖的BTL應用程序中的MAX4940駕駛4A。
低和高頻率操作
上面所討論的應用程序圖覆蓋大多數應用。不過，也有用于低頻信號的情況下(<1MHz的)。，這是經常在聲納應用程序的情況下，其范圍可以從10kHz 至200kHz。此外，在高頻率(> 20MHz的)有時是必需的， 往往在無損檢測應用，以改善軸向分辨率或PWM調制信號的傳輸。下面的部分說明了這兩種類型的應用 。
低頻(<1MHz的)
MAX4940可以工作在頻率高于1MHz的低。這是足以取代電容器，具有更大的價值信號電容(3.3nF在上面的例子)。作為一個經驗法則，可以考慮下列公式計算：
彗星信號 = 3.3nF/freq(兆赫)
例如，為100kHz的應用程序，建議值是33nF 。Contrastingly，MAX4968是基于一個 bootstrap 架構。它不能運行在頻率低于100kHz。
高頻(> 20MHz的)
MAX4940的驅動電路可以工作在高頻率(產生短脈沖)，如40MHz的。然而，實際的限制，通常是由于驅動電流能力有限 。，負載在一階近似，可以考慮純容性 ( LOAD )。最大壓擺率，就可以實現相關的峰值電流，脈沖發生器可以提供( PEAK) 。公式中，
SLEW_RATE =(ΔV/ΔT)MAX = / TOT
其中C TOT是總負載電容，包括傳感器的電容，電纜電容，和IC寄生電容。 現在，假設你正在積極單極模式(圖6)，并試圖發送一個200V單極爆裂 。如果，例如C TOT = 400pF的，然后擺率是有限的：
(ΔV/ΔT)最大值= 峰值 / TOT = 2A/300pF = 6.66V/ns
，因此，上升和下降時間大約由：
T = T ≈200V /(6.66V/ns)=為30ns
因此200V幅度最小脈沖寬度約60ns的 過程中，類似的考慮可以為雙極性和單極性負應用 。如上所述，您可以增加電流能力(我山頂，把更多的渠道并行 )。(注意：IC寄生電容也會相應增加) 。因此，它可以提高工作頻率。舉例來說，如圖14所示的4A的脈沖發生器，你可以在理論上(忽略了IC的寄生電容) T崛起= T = 15ns的下降為200V的 輸出擺幅。
= 4A，TOT = 300pF時能夠擺動= 200V
的最小脈沖寬度=為 30ns
