TX7316 16 通道 3 级或 8 通道 5 级发射器技术手册

TX7316 是一款高度集成、高性能的超声成像系统变送器解决方案。该器件共有16个脉冲发生器电路（PULS）、16个发射/接收（T/R）开关，并支持片上和片外波束形成器（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。

TX7316（在本数据手册中称为器件）具有脉冲发生器电路，可产生三级高压脉冲（高达 ±100 V），可用于激发超声换能器的多个通道。该器件支持 8 电平模式的 5 个输出和 16 电平模式的 3 个输出。最大输出电流可配置为 2.4 A 至 0.6 A。
*附件：tx7316.pdf

当脉冲发生器产生高压脉冲时，关闭状态下的 T/R 开关通过在高压发射器和低压接收器之间提供高隔离来保护接收器电路。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作由外部引脚控制，或由器件中的片内波束成形引擎控制。T/R 开关在 ON 状态下提供 12 Ω阻抗。

超声波传输依赖于多个换能器元件的激发，不同元件的激发延迟曲线定义了传输方向。这种作称为发射波束成形。TX7316 支持不同通道的交错脉冲，允许发射波束成形。该器件支持片外和片上波束成形作。

在片外波束形成器模式下，每个脉冲发生器和TR开关ON/OFF作的输出转换由外部控制引脚控制。为了消除外部控制信号的抖动影响，该器件支持同步功能。启用同步功能后，使用低抖动波束形成器时钟信号锁存外部控制信号。

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最大延迟 2^13^波束形成器时钟周期。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。配置文件 RAM 中最多可存储 16 个波束成形配置文件和 48/28 个用于 3/5 电平模式的模式配置文件。片上波束成形模式减少了必须从 FPGA 路由到器件的控制信号数量。

TX7316 采用 15 mm × 10 mm 216 引脚 NFBGA 封装（ZCX 封装），额定工作温度范围为 0°C 至 70°C。

特性

• 发射器支持：
  • 16 通道 3 电平或 8 通道 5 电平脉冲发生器和有源发射/接收 （T/R） 开关
  • 极低功耗片上波束成形模式（5 级模式）：
    • 在仅接收模式下：17 mW
    • 在发射-接收模式下：598 mW
    • 在 CW 模式（0.6 A 模式）下：1.97 W
    • 全局掉电模式下：4.3 mW
• 3 级、5 级脉冲发生器：
  • 最大输出电压：±100 V
  • 最小输出电压：±1 V
  • 最大输出电流：2.4 A 至 0.6 A
  • 最大钳位电流：1 A 至 0.25 A（3 电平模式下）
  • 最大钳位电流：2 A 至 0.5 A（5 电平模式下）
  • 5 MHz时的二次谐波为–45 dBc
  • CW 模式抖动：100 fs，测量范围为 100 Hz 至 20 kHz
  • CW模式近相位噪声：5 MHz信号时–154 dBc/Hz（1 kHz偏移）
  • 支持 5 电平模式下的 4.8A 模式
  • –3 dB带宽，1 kΩ ||240 pF 负载
    • 20 MHz（用于2.4A模式下的±100V电源）
    • 36 MHz（用于 4.8A 模式下的 ±100V 电源）
    • 25 MHz（用于2.4A模式下的±70V电源）
• 有源发送/接收 （T/R） 开关，具有：
  • ON/OFF控制信号
  • 12 Ω的导通电阻
  • 带宽：50 MHz
  • HD2：-50 dBc
  • 导通时间：0.5 μs
  • 关断时间：1.75 μs
  • 瞬态毛刺：50 mV聚丙烯
• 片外光束形成器具有：
  • 使用同步功能进行抖动清除
  • 最大同步时钟频率：200 MHz
• 片上光束形成器具有：
  • 延迟分辨率：一个波束形成器时钟周期，最小 5 ns
  • 最大延迟：2^13^波束形成器时钟周期
  • 最束形成器时钟速度：200 MHz
  • 片上 RAM 存储
    • 16 延迟专业版file
    • 48/28 码型配置文件，用于 3 级或 5 级模式
• 高速（最大100 MHz）1.8V 和 2.5V CMOS 串行编程接口
• 自动热关断
• 3 电平模式下无特定电源排序要求
• 小型封装：NFBGA-216（15 mm × 10 mm），间距为 0.8 mm

参数

方框图

TX7316 是德州仪器推出的高集成度超声成像发射器，核心优势是多通道脉冲输出、内置波束成形器及 T/R 开关，专为超声成像系统设计。

核心参数与特性

• 通道与脉冲配置 ：支持 16 通道 3 级脉冲或 8 通道 5 级脉冲输出；输出电压范围 ±1V~±100V，最大输出电流 2.4A（3 级模式）、4.8A（5 级模式），钳位电流最高 2A。
• 波束成形功能 ：支持片上 / 片外波束成形，片上模式延迟分辨率低至 5ns，最大延迟达 2¹³ 个波束成形时钟周期；内置 RAM 可存储 16 个延迟配置文件和 48/28 个模式配置文件（3/5 级模式）。
• T/R 开关性能 ：集成有源收发开关，导通电阻 12Ω，带宽 50MHz，开启时间 0.5μs，关闭时间 1.75μs，二次谐波 - 50dBc，瞬态毛刺 50mVPP。
• 功耗与信号性能 ：接收模式功耗 17mW，收发模式 598mW，CW 模式（0.6A）1.97W，掉电模式 4.3mW；5MHz 信号二次谐波 - 45dBc，CW 模式抖动 100fs，1kHz 偏移处相位噪声 - 154dBc/Hz。
• 接口与保护 ：支持 100MHz 高速 CMOS 串行编程接口（1.8V/2.5V）；具备自动热关断功能，3 级模式无特定电源时序要求。

应用场景

适用于超声成像系统、压电驱动器及探头内超声成像设备等场景。

封装与订购信息

• 采用 15mm×10mm 216 引脚 NFBGA 封装，引脚间距 0.8mm。
• 量产型号为 JEDEC 托盘包装（136 片 / 盘），符合 RoHS 标准，引脚镀层为 SNAGCU。
• MSL 等级 3，峰值回流温度 260°C，工作温度 0°C 至 70°C。

设计与支持

• 需优化高压电源布局与散热设计，确保多通道信号同步稳定性。