MAX4937：八通道高压收发开关的深度解析

MAX4936 - MAX4939：八通道高压收发开关的深度解析

在电子工程师的日常设计工作中，寻找高性能、多功能且易于集成的器件常常是一项挑战。Maxim的MAX4936 - MAX4939八通道高压收发（T/R）开关系列产品，能出色地应对各种复杂的应用场景，为设计带来诸多便利。

文件下载：MAX4937.pdf

产品概述

MAX4936 - MAX4939基于二极管桥拓扑结构，通过SPI接口可以对二极管桥中的电流进行编程控制。这些器件都具备一个锁存清除输入引脚（CLR），能异步关闭所有的T/R开关，并使器件进入低功耗的关断模式。

不同型号的差异

• MAX4936/MAX4938：不仅包含T/R开关，还有削波二极管，可同时执行发送和接收操作。在高压发送时，发送路径呈现低阻抗；在低压接收时，则为高阻抗，有效隔离了发送和接收电路。并且，高压发送路径具有高带宽、低失真和低抖动的特性。
• MAX4937/MAX4939：仅包含T/R开关，仅能执行接收操作。

接收路径特性

所有器件的接收路径在低压接收时为低阻抗，在高压发送时为高阻抗，这为接收电路提供了有效的保护。同时，低压接收路径还具备高带宽、低噪声、低失真和低抖动的优点。此外，每个T/R开关都可以单独进行编程开启或关闭，这使得这些器件还能作为接收路径多路复用器使用。

保护特性

MAX4936/MAX4937配备了钳位二极管，可在传输过程中保护接收器输入免受因T/R开关泄漏电流引起的电压尖峰的影响。而MAX4938/MAX4939则没有钳位二极管，而是依赖接收器前端集成的钳位二极管来提供保护。

特性亮点

低功耗与高性能

这些开关在仅需1.5mA偏置电流的情况下，就能实现5Ω的低阻抗，并且典型噪声低于0.5nV / √Hz。同时，它还拥有65MHz的典型-3dB带宽，为信号的传输提供了有力保障。

易于编程

采用SPI接口进行控制，极大地方便了工程师对其进行编程操作，提高了设计的灵活性和效率。

高密度集成

每封装包含8个通道，有效节省了电路板空间，非常适合对空间要求较高的应用场景。

其他特性

还具有削波二极管（MAX4936/MAX4938）、输出钳位二极管（MAX4936/MAX4937）、全局关断控制（CLR）以及具备高压保护的低压接收路径等特性，进一步提升了产品的性能和可靠性。

电气特性

静态特性

涵盖了HV_输入电压范围、COM_输出和输入电压范围、NO_输出电压范围、HV_到COM_的连续电流和压降、二极管桥电压偏移以及各种引脚的泄漏电流等参数。这些参数为工程师在进行电路设计时提供了重要的参考依据。

动态特性

包括二极管桥的导通和关断时间、反向恢复时间、SPI上电延迟、小信号COM_到NO_的导通阻抗、-3dB带宽、关断隔离度、串扰、谐波失真、互调失真以及各种引脚的电容等。这些动态特性对于评估开关在不同工作条件下的性能至关重要。

数字I/O和电源特性

数字I/O引脚（CLR、DIN、DOUT、CLK、LE）具有明确的输入高、低电压、输入迟滞、输入泄漏电流、输入电容以及输出高、低电压等特性。电源部分包括正逻辑电源电压（VDD）、正模拟电源电压（VCC）、负模拟电源电压（VEE）以及各个电源的电流等参数。这些特性确保了器件在不同电源条件下的稳定运行。

逻辑时序特性

详细规定了CLK周期、高电平和低电平时间、CLK到DOUT的延迟、DIN到CLK的建立和保持时间、CLK到LE的建立时间、LE低脉冲宽度以及CLR高脉冲宽度等参数。正确理解和应用这些时序参数，对于确保器件正常工作和与其他电路的协同工作至关重要。

典型工作特性

附件中给出了一系列典型工作特性曲线，直观地展示了器件在不同工作条件下的性能表现，例如电源电流与电源电压和温度的关系、COM_到NO_的小信号传输函数和阻抗与频率的关系、串扰与频率的关系等。这些曲线能帮助工程师更好地了解器件的性能特点，从而优化电路设计。

引脚配置与功能

引脚配置

器件采用56引脚的5mm x 11mm TQFN封装，引脚配置经过精心优化，便于实现紧凑的物理布局。

引脚功能

不同引脚承担着不同的功能，如COM_系列引脚为T/R开关的输入引脚，在开关导通时允许低压信号通过，同时阻止高压信号；HV_系列引脚也是T/R开关的输入引脚，当存在高压信号时，COM_引脚会跟随HV_引脚；NO_系列引脚为T/R开关的输出引脚，同样具有低压信号导通、高压信号阻断的特性；CLK、DIN、DOUT、LE、CLR等引脚则用于串行接口的控制。

功能原理

串行接口

通过一个12位的串行移位寄存器和透明锁存器来控制所有器件。前4位数据位控制二极管桥的偏置电流，后8位数据位控制T/R开关。数据在CLK的上升沿按最高有效位（MSB）优先的顺序时钟输入到移位寄存器，并在CLK的上升沿从移位寄存器时钟输出到DOUT。

发送/接收开关

基于二极管桥拓扑结构，通过串行接口设置S0 - S3开关，可以调整每个二极管桥的偏置电流。

锁存使能（LE）

当LE为低电平时，可以改变锁存器的内容并更新T/R开关的状态；当LE为高电平时，锁存器内容保持不变，防止开关状态发生改变。为了减少时钟馈通引起的噪声，在数据时钟输入到移位寄存器时，应将LE置为高电平。当数据移位寄存器加载有效数据后，将LE脉冲置为低电平，以将移位寄存器的内容加载到锁存器中。

锁存清除（CLR）

当CLR为高电平时，锁存器内容被重置为零，所有T/R开关打开，但CLR不影响移位寄存器的内容。当CLR再次为高电平，且LE为低电平时，移位寄存器的内容将被加载到锁存器中。

上电复位

器件具备上电复位电路，确保在上电时所有开关处于关闭状态，内部的12位串行移位寄存器和锁存器被置为零。

应用信息

医疗/工业成像与超声应用

这些开关在医疗/工业成像和超声领域有着广泛的应用。附件中给出了多个应用电路图，展示了它们在不同超声T/R路径中的应用方式，如每个接收通道对应一个发送的超声T/R路径、带有外部隔离的每个接收通道对应一个发送的超声T/R路径以及每个接收通道对应多个发送的超声T/R路径等。

超声特定的IMD3规格

在超声应用中，与典型通信应用不同，超声特定的IMD3双音规格中的两个输入音的幅度不相等。在测量中，F1代表组织的反射，F2代表血液的反射，后者的幅度通常比前者低25dB。因此，测量定义为一个输入音比另一个低25dB。在超声应用中，感兴趣的IMD3产物（F1 - (F2 - F1)）会表现为一个不期望的多普勒误差信号。

逻辑电平与级联

数字接口输入（CLK、DIN、LE、CLR）能够耐受高达+5.5V的电压，与VDD电源电压无关，这使得它们能够与更高电压的控制器兼容。同时，数字输出DOUT允许通过菊花链连接多个器件，方便实现多通道的信号处理。

电源排序与旁路

器件不需要对VDD、VCC和VEE电源电压进行特殊的排序，但在电源上下电过程中，模拟开关输入必须未连接，或者满足VEE ≤ (VHV, VCOM, VNO_) ≤ VCC的条件。此外，应使用1μF的陶瓷电容尽可能靠近器件将VDD、VCC和VEE旁路到地。

PCB布局

引脚配置经过优化，便于实现紧凑的物理布局。TQFN - EP封装的暴露焊盘（EP）为芯片提供了低热阻路径，因此在设计PCB时，应确保其能够从EP传导热量，并为EP提供低电感的接地路径。EP必须通过焊接直接连接到PCB的接地平面，或者通过一组镀通孔连接。

综上所述，MAX4936 - MAX4939八通道高压收发开关系列产品以其丰富的功能、出色的性能和良好的易用性，为电子工程师在医疗、工业成像和超声等领域的设计提供了一个优秀的选择。在实际应用中，工程师可以根据具体需求合理选择器件，并结合其特性和应用信息进行优化设计，以实现最佳的系统性能。你在使用这些开关时，有没有遇到过一些特别的挑战呢？不妨在评论区分享一下你的经验。