TX75E16 技术文档总结

该TX75E16是一款用于超声成像系统的高度集成、高性能的变送器。该器件共有16个脉冲发生器电路，16个发送/接收开关（称为T/R或TR开关），并支持片上波束形成器（TxBF）。该器件还集成了片内浮动电源，可减少所需的高压电源数量。

该TX75E16有一个脉冲发生器电路，可产生五级高压脉冲（高达 ±100V），用于激发超声换能器的多个通道。该设备总共支持 16 个输出。最大输出电流为2A。
*附件：tx75e16.pdf

该设备可用作许多应用的发射器，如超声成像、无损检测、声纳、激光雷达、海洋导航系统、脑成像系统等。

TX75E16（在本数据手册中称为器件）是高度集成的变送器，用于激发超声换能器。该器件集成了 16 个脉冲发生器和 16 个 T/R 开关、片上波束形成器和码型发生器。

该器件集成了浮动电源和内部偏置电压所需的所有去耦电容。这种集成显着减少了所需的外部电容器数量。该TX75E16采用 10mm × 10mm 144 引脚 FC-BGA 封装（ALH 封装），额定工作温度范围为 0°C 至 70°C。

脉冲发生器电路产生五级高压脉冲（最高 ±100 V），最大输出电流为 2A。当脉冲发生器发射高压脉冲时，T/R 开关关闭并保护低压接收器电路免受损坏。当换能器接收回波信号时，T/R 开关打开并将换能器连接到接收器。T/R开关的ON/OFF作由器件中的片上波束成形引擎控制。T/R 开关在 ON 状态下提供 8Ω 阻抗。

超声波传输依赖于多个换能器元件的激发，不同的延迟值定义了传输方向。这种作称为发射波束成形。该TX75E16支持不同通道的交错脉冲，允许发射波束成形。

在片上波束形成器模式下，不同通道脉冲的延迟曲线存储在器件内。该器件支持一个波束形成器时钟周期的发射波束形成器延迟分辨率和214个波束形成器时钟周期的最大延迟。内部码型发生器根据存储在配置文件 RAM 中的码型配置文件生成输出脉冲码型。每个通道都有一个 RAM，长度为 960 个单词。这些模式具有全局和局部重复功能。此功能可用于生成长图样，并可用于剪切波成像。

这些码型配置文件和延迟配置文件使用高速 （400 MHz） 串行外设接口写入。高速写入容易出错，因此该器件具有校验和功能，可检测SPI写入中的错误。

为了防止设备因配置不当而损坏，内部错误标志寄存器可以检测故障情况并自动将设备配置为关断模式。

特性

• 发射器支持：
  • 16 通道 5 电平脉冲发生器和有源发射/接收 （T/R） 开关
• 5级脉冲发生器：
  • 最大输出电压：±100V
  • 最小输出电压：±1V
  • 最大输出电流：2A
  • 支持4A输出电流模式。
  • 真正归零，将输出放电到地
  • 5MHz时的二次谐波为–45dBc
  • –3dB带宽，1kΩ ||240pF负载
    • 20MHz 用于 ±100V 电源
    • 25MHz，用于±70V电源
    • 35MHz，用于4A模式下的±100V电源
  • 集成抖动：100 fs，测量范围为 100Hz 至 20kHz
  • CW模式近相位噪声：5MHz信号在1kHz偏移时为–154dBc/Hz
  • 极低的接收功率：1mW/ch
  • 可编程负载阻尼电阻：200Ω、100Ω 或 67Ω
• 有源发送/接收 （T/R） 开关，具有：
  • 导通电阻：8Ω
  • 导通和关断时间：100ns
  • 瞬态毛刺：10mVPP
• 片上光束形成器具有：
  • 基于通道的 T/R 开关开启和关闭控制
  • 延迟分辨率：半波束形成器时钟周期，最小 2 ns
  • 最大延迟：214波束形成器时钟周期
  • 最束形成器时钟速度：320MHz
  • 具有 2K 不同电平的每通道模式控制
  • 全局和局部重复模式，为剪切波成像提供长时间的模式
  • 支持 120 个延迟配置文件
• 高速（最大 400 MHz）、2 通道 LVDS 串行编程接口。
  • 编程时间短：延迟配置文件更新< 500ns
  • 32 位校验和功能，用于检测错误的 SPI 写入
• 支持 CMOS 串行编程接口（最大 50MHz）
• 内部温度传感器和自动热关断
• 无特定的电源排序要求
• 用于检测故障情况的错误标志寄存器
• 用于浮动电源和偏置电压的集成无源器件
• 小型封装：FC-BGA-144（10mm × 10mm），间距为 0.8mm

参数

方框图

一、产品概述

TX75E16 是德州仪器推出的 高集成度 5 电平 16 通道发射器 ，专为超声成像系统设计，核心优势在于集成 16 路脉冲发生器、16 路收发（T/R）开关及片上波束形成器，支持高压脉冲输出（最高 ±100V）与快速模式切换（T/R 开关通断时间 100ns），适配超声扫描仪、压电驱动器、超声智能探头等场景。器件采用 10mm×10mm 144 引脚 FC-BGA（ALH 封装），集成浮地电源与偏置电压所需的无源元件，大幅减少外部元件数量，工作温度范围 0~70°C，兼顾高性能与小型化需求。

二、核心特性

（一）高压脉冲发射能力

• 5 电平脉冲输出 ：输出电压范围 ±1~±100V，最大输出电流 2A，支持 4A 增强电流模式，适配不同功率需求的超声换能器；
• 宽频带性能 ：带载（1kΩ||240pF）时 - 3dB 带宽随供电电压变化：±100V 供电下 20MHz，±70V 供电下 25MHz，4A 模式（±100V）下 35MHz，满足高频超声成像需求；
• 低失真与噪声 ：5MHz 信号二次谐波 - 45dBc，集成抖动 100fs（100Hz~20kHz），CW 模式近载频相位噪声 - 154dBc/Hz（1kHz 偏移），确保高质量脉冲信号生成；
• 放电功能 ：支持 “真归零”（True return to zero），可将输出放电至地，避免换能器残留电荷影响成像精度。

（二）高速收发切换与保护

• 集成 T/R 开关 ：每通道独立 T/R 开关，导通电阻仅 8Ω，通断时间均为 100ns，切换时瞬态毛刺仅 10mVPP，有效保护低压接收电路免受高压脉冲损坏；
• 可编程负载阻尼 ：支持 200Ω、100Ω、67Ω 三档阻尼电阻配置，适配不同阻抗的换能器，减少信号反射与振荡；
• 低接收功耗 ：接收模式下每通道功耗仅 1mW，降低系统整体功耗，适配电池供电的便携式超声设备（如智能探头）。

（三）片上波束形成器

• 高精度延迟控制 ：延迟分辨率为波束形成器时钟周期的 1/2（最小 2ns），最大延迟为214个时钟周期，波束形成器时钟最高 320MHz，可精确控制各通道脉冲时序，实现超声波束定向发射；
• 多模式图案生成 ：每通道配备 960 字长 RAM 存储图案配置，支持 2000 种不同电平的局部 / 全局重复图案，可生成长时间序列图案（如剪切波成像所需的连续脉冲），支持 120 种延迟配置文件；
• 通道独立控制 ：基于通道的 T/R 开关通断控制与图案配置，可实现多通道异步或同步脉冲发射，灵活适配不同成像模式（如相控阵、线阵超声）。

（四）高速编程与可靠性

• 双编程接口 ：支持高速 LVDS 串行接口（最高 400MHz，延迟配置更新时间 < 500ns）与 CMOS 串行接口（最高 50MHz），适配不同系统数据速率需求；
• 错误检测与保护 ：32 位校验和功能检测 SPI 写入错误，内部错误标志寄存器可识别故障状态并自动触发关断模式；集成温度传感器与自动热关断功能，避免过热损坏；
• 无电源时序要求 ：无需特定电源上电顺序，简化系统电源设计；集成浮地电源与偏置电压的无源元件，减少外部电容数量，降低 PCB 布局复杂度。

三、器件信息与封装

（一）封装与订购信息

订购型号	状态	封装类型	引脚数	包装数量 / 载体	工作温度	关键参数
TX75E16ALH	量产	FC-BGA（ALH）	144	240 片 / JEDEC 托盘（5+1）	0~70°C	焊球材质 SnAgCu，MSL 等级 3（260°C 回流，168 小时吸湿）
TX75E16ALH.B	量产	FC-BGA（ALH）	144	240 片 / JEDEC 托盘（5+1）	0~70°C	同 TX75E16ALH，具体参数需咨询 TI

（二）热学与机械特性

• 封装尺寸 ：10mm×10mm（长 × 宽），0.8mm 引脚间距，适合高密度 PCB 布局；
• 托盘规格 ：存储托盘外部尺寸 315mm（长）×131.95mm（宽），单元口袋间距 15.07mm，角落口袋中心距边缘 12.9mm（X 向）/12.8mm（Y 向），最高耐受温度 150°C，适配工业级仓储与焊接流程。

四、关键术语与应用说明

（一）核心术语定义

缩写	全称	说明
PRT	Pulse Repetition Time	脉冲重复时间，即 TR_BF_SYNC 周期
PRF	Pulse Repetition Frequency	脉冲重复频率，即 TR_BF_SYNC 频率
Receive Mode	接收模式	所有通道 T/R 开关均处于导通状态的时间段
High voltage supplies	高压电源	泛指 AVDDP_HV_A、AVDDM_HV_A、AVDDP_HV_B、AVDDM_HV_B
Low voltage supplies	低压电源	泛指 AVDDP_5、AVDDM_5、AVDDM_1P8
A-side supplies	A 侧电源	特指 AVDDP_HV_A 与 AVDDM_HV_A
B-side supplies	B 侧电源	特指 AVDDP_HV_B 与 AVDDM_HV_B
SPI	Serial Program Interface	串行编程接口，用于写入延迟配置与图案配置

（二）典型应用场景

1. 超声成像系统 ：16 通道脉冲发生器驱动多阵元超声换能器，片上波束形成器控制各通道延迟，实现波束定向发射；T/R 开关在发射时断开保护接收电路，接收时导通传递回波信号，适配相控阵超声扫描仪；
2. 压电驱动器 ：输出 ±1~±100V 高压脉冲驱动压电元件，4A 增强电流模式可满足大功率压电执行器需求，可编程阻尼电阻适配不同容性负载；
3. 超声智能探头 ：小型化封装（10mm×10mm）与低接收功耗（1mW/ch），适合集成于便携式探头，减少探头体积与功耗，提升设备便携性。

五、设计与使用要点

（一）电源配置

• 高压电源 ：A 侧（AVDDP_HV_A/AVDDM_HV_A）与 B 侧（AVDDP_HV_B/AVDDM_HV_B）独立供电，需根据输出电压需求选择 ±70V 或 ±100V 电源，电源纹波需控制在 1% 以内，避免影响脉冲质量；
• 低压电源 ：AVDDP_5（5V）、AVDDM_5（5V 地）、AVDDM_1P8（1.8V）为数字电路与波束形成器供电，需单独滤波（建议并联 1μF 陶瓷电容 + 10μF 钽电容），确保低压电路稳定工作；
• 浮地设计 ：器件集成浮地电源所需无源元件，外部无需额外配置，但需保证浮地与系统地之间的绝缘，避免高压击穿。

（二）编程与控制

• 接口选择 ：高速 LVDS 接口（400MHz）适合需快速更新延迟配置的场景（如实时波束调整），CMOS 接口（50MHz）适合低速配置需求，两者均支持 SPI 协议；
• 配置流程 ：通过 SPI 写入延迟配置文件（120 种可选）与图案配置文件（每通道 960 字），写入后需触发校验和检测，确保数据正确性；故障时可读取错误标志寄存器定位问题（如过热、SPI 写入错误）；
• 波束形成器时钟 ：需外部提供最高 320MHz 时钟，时钟抖动需 < 50fs，避免影响延迟控制精度。

（三）PCB 布局与防护

• 高压布线 ：AVDDP_HV/A、AVDDM_HV/A 等高压引脚布线需满足爬电距离（建议≥0.2mm/100V），采用粗铜皮（≥0.5mm 宽）降低线路压降；
• 信号隔离 ：高压脉冲输出（OUT_1OUT_16）与低压接收信号（RX_1RX_16）需分开布局，间距≥1mm，避免高压耦合干扰；
• ESD 防护 ：器件对静电敏感，需遵循 JEDEC ESD 防护标准（HBM±2000V，CDM±500V），焊接与调试时佩戴防静电手环，PCB 预留 ESD 防护器件位置（如 TVS 管）。