TX517 双通道高压多电平超声发射器技术文档总结

TX517是一款全集成的双通道高压发射机。它专门为需要多级高压脉冲图案的高端医疗超声应用设计。输出级设计为通常输出±2.5A峰值 输出电流，振幅为200Vpp。

TX517 是一个完整的发射机解决方案，配备了低压输入逻辑、电平转换器、栅极驱动器以及每个通道的 P 通道和 N 通道 MOSFET。
*附件：tx517.pdf

TX517还配备了CW输出级。

TX517 采用无铅 BGA 封装（RoHS 顺从）和绿色。该设备规定可作范围为0°C至85°C。

17电平脉冲芯片：
该芯片由两个5电平通道组成，与变压器配合使用时形成一个17电平发射单元。它不仅能驱动换能器在不同输出电平，还能调制输出脉冲宽度，以获得脉冲宽度调制频谱整形的灵活性。

特性

• 输出电压：
  • 差动模式下最高可达200Vpp
• 峰值输出电流：±2.5A
• 多级输出
  • 差别：17级
  • 单局：5个关卡
• 综合：
  • 电平转换器
  • 司机
  • 高压输出级
  • CW输出
• TX 输出更新率
  • 最高可达100MSPS
• 最小外部组件
• 小包装：BGA 13x13mm

参数

TX517 是德州仪器（TI）推出的全集成双通道高压发射器，专为医疗超声等严苛应用设计，支持差分模式最高 200 Vpp 输出、±2.5 A 峰值输出电流，提供 17 级差分输出 / 5 级单端输出，集成电平转换器、驱动电路、高压输出级及 CW（连续波）输出功能，输出更新率高达 100 MSPS，仅需少量外部元件即可实现高性能信号发射。

一、芯片基础信息与核心特性

1. 基础规格

• 文档与型号 ：文档编号 SLOS725A，2011 年 9 月发布、2012 年 1 月修订；仅一款型号 TX517，采用 144 引脚 BGA 封装（13mm×13mm），符合 RoHS 标准。
• 供电与温度 ：逻辑电源（VAA）2.38V-3.3V（典型 2.5V），驱动电源（VDD）4.75V-5.25V、VEE -5.25V 至 - 4.75V；工作温度 0°C 至 85°C，结温最高 125°C（连续工作）、150°C（极限条件），存储温度 - 65°C 至 150°C。
• 封装与散热 ：144 引脚 NFBGA 封装，结到环境热阻 28°C/W，结到板热阻 11.3°C/W，需通过 PCB 优化散热以确保结温不超过 125°C。

2. 核心性能指标

• 输出特性 ：差分输出 17 级电平、单端输出 5 级电平，最高 200 Vpp 差分输出；峰值输出电流 ±2.5 A，支持 1 MHz-100 MHz 单音输出频率，输出更新率高达 100 MSPS。
• 信号完整性 ：高压路径（HV1/LV1）上升时间 6.5 ns、下降时间 3 ns，传播延迟 25 ns；二次谐波失真最高 60 dBc（5 MHz），信号失真小，适合高精度超声发射。
• 供电与功耗 ：高压电源包括 HV0（0V-5V）、HV1（>HV0/HV2，典型 61V）、HV2（0V-70V）及对应负电源 LV0/LV1/LV2；CW 模式总功耗 310 mW-400 mW，脉冲模式（PW）最高 1.7 W，掉电模式功耗 3 mW-15 mW。
• ESD 与可靠性 ：人体放电模型（HBM）500 V，带电器件模型（CDM）750 V，机械模型（MM）200 V，具备基础静电防护能力。

二、关键功能模块与工作原理

1. 核心功能模块

• 双通道多电平输出架构 ：
  • 每个通道集成三级功率管（低压 HV0/LV0、中压 HV2/LV2、高压 HV1/LV1），通过组合控制实现多电平输出；两通道配合变压器可形成 17 级差分输出，单通道独立工作支持 5 级单端输出。
  • 内置电平转换器、栅极驱动器及 P/N 沟道 MOSFET，无需外部高压驱动电路，简化系统设计；中压级（HV2/LV2）集成去毛刺电路，优化输出信号质量。
• CW 与脉冲双工作模式 ：
  • CW 模式：通过 CWINA/CWINB 引脚控制，支持 0.5 MHz-10 MHz 连续波输出，正负边沿压摆率 0.45 V/ns-0.6 V/ns，适用于连续超声发射场景。
  • 脉冲模式（PW）：支持 1 MSPS-100 MSPS 输出更新率，脉冲宽度可调制，满足超声成像中脉冲发射需求；支持锁存模式（需 PCLKIN 时钟）和非锁存模式，适配不同时序控制需求。
• 保护与控制功能 ：
  • 内置电源序列保护，禁止 INPxx 低电平与 INNxx 高电平同时出现（避免 “shoot-thru” 故障），掉电模式下输出呈高阻态，漏电流仅 0.001 μA-10 μA。
  • 支持全局使能（EN）和掉电控制（PDM），EN 低电平启用锁存模式，PDM 低电平进入低功耗掉电状态。

2. 工作原理

• 外部逻辑信号经输入逻辑电路与电平转换器处理后，驱动三级高压输出级的 P/N 沟道 MOSFET；通过控制 INP0/INN0（低压级）、INP1/INN1（高压级）、INP2/INN2（中压级）的组合逻辑，实现 17 级差分电平输出。
• CW 模式下，CWINA/CWINB 直接控制 CW 输出级，实现连续波信号发射；脉冲模式下可通过 PCLKIN 时钟同步输入数据，确保输出时序精度，满足超声成像的高同步要求。

三、应用场景与设计建议

1. 典型应用

• 医疗超声设备 ：用于超声探头驱动，多电平输出支持脉冲宽度调制频谱成形，适配不同深度、分辨率的超声成像需求。
• 高压信号发生器 ：可生成高电压、高电流的多电平脉冲 / 连续波信号，适用于工业检测、医疗诊断等高压信号发射场景。

2. 设计注意事项

• 电源与序列 ：严格遵循上电序列（先驱动电源 VEE/VAA/VDD，再 LV1、HV1，最后 LV2/LV0/HV0/HV2/VCW）和掉电序列（反向）；高压电源需并联 1 μF 去耦电容，降低电源噪声。
• 输入逻辑 ：禁止同一通道 INPxx 为低且 INNxx 为高的组合，避免器件永久损坏；未使用的逻辑输入需接高 / 低电平，避免额外功耗。
• 散热与布局 ：BGA 封装底部需充分焊接至 PCB 接地平面，高压电源路径与逻辑信号路径分开布线，减少干扰；高压引脚预留足够爬电距离，避免击穿。
• ESD 防护 ：器件 ESD 防护能力有限，装配与调试过程中需采取防静电措施，避免静电损坏。

四、关键配置与操作要点

1. 核心功能配置

• 工作模式选择 ：
  • 掉电模式：PDM=0，EN=1，INPxx=1、INNxx=0，输出高阻态，功耗最低。
  • CW 模式：PDM=0，CWINA/CWINB 设为 0/1 或 1/0，INPxx=1、INNxx=0，输出连续波信号。
  • 非锁存模式：EN=1、PDM=1，输入数据直接控制输出，无需时钟同步。
  • 锁存模式：EN=0、PDM=1，输入数据由 PCLKIN 时钟同步锁存，时钟频率最高 100 MHz。
• 多电平配置 ：通过 INP0A/INN0A、INP1A/INN1A、INP2A/INN2A（通道 A）及对应通道 B 引脚的组合逻辑，实现 17 级差分输出，具体配置参考真值表（如输出 Level 8 对应 INP1A=1、INN1B=1，其余特定引脚为 0）。

2. 关键操作注意事项

• 高压电源 HV1 与 LV1、HV2 与 LV2 的压差最大不超过 100 V，避免超出绝对最大额定值。
• 锁存模式下，PCLKIN 时钟高电平最小时间 2 ns，输入数据建立时间 0 ns、保持时间 1.5 ns，需严格满足时序要求。
• 驱动超声换能器时，建议通过变压器匹配阻抗，提升输出功率与信号完整性。