MAX4968B/MAX4968C：高电压模拟开关的卓越之选

在电子工程师的日常设计工作中，经常会面临需要对高电压模拟信号进行高效控制的挑战。今天要为大家介绍的 MAX4968B/MAX4968C 16 通道线性高电压模拟开关，就是解决这类问题的理想方案。

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一、产品概述

MAX4968B/MAX4968C 是 16 通道、高线性度、高电压（HV）、双向单刀单掷（SPST）模拟开关，典型导通电阻为 18Ω。它们采用 HVCMOS 技术，将高压双向 MOS 开关与低功耗 CMOS 逻辑相结合，非常适合需要通过低电压控制信号来实现高电压切换的应用场景，比如超声成像和工业印刷。其中，MAX4968C 还在每个开关端子上集成了 40kΩ 的泄放电阻，用于对容性负载放电。 在典型的超声应用中，这两款器件无需专用的高压电源，负电压电源可与发射器共享，正电压电源通常为 +12V，这大大简化了系统要求。它们采用 64 凸点 BGA 封装，工作温度范围为 -40°C 至 +85°C。

二、产品特性

（一）节省空间

• 小尺寸 BGA 封装：在有限的 PCB 空间内，能够实现更多功能的集成，为高通道数系统的设计提供了便利。
• 16 个集成通道：一次可以处理多个通道的信号切换，减少了外部元件的使用，降低了设计的复杂度。

（二）高性能

• 真正的线性切换：在整个输入范围内保证 (R_{ON}) 平坦度，典型总谐波失真（THD）为 46dB，能够有效提高图像质量。
• 低寄生电容：确保了高带宽性能，能够快速准确地传输信号。
• 低电荷注入和电压尖峰：减少了信号干扰和失真，提高了系统的稳定性。
• 宽输入范围：扩展输入范围可达 210V_P-P，能够适应各种不同的信号强度。
• 高隔离度：在 5MHz 频率下，关断隔离度典型值为 -68dB（50Ω），有效减少了通道间的串扰。

（三）高灵活性

• 无需专用高压电源：降低了系统设计的成本和复杂度，同时也减少了电源管理的难度。
• 可级联串行接口：通过将多个 MAX4968B/MAX4968C 器件进行级联，可以实现更多通道的扩展，满足不同的应用需求。
• 异步设置/清除输入：无需 SPI 接口，就可以对所有开关进行编程，提高了设计的灵活性和效率。

（四）高可靠性

• 无闩锁 SOI HVCMOS 工艺技术：具有高性能和高鲁棒性，能够在恶劣的工作环境下稳定运行。
• 集成过压保护：有效保护器件免受过高电压的损害，延长了器件的使用寿命。

三、电气特性

器件的电气特性涵盖了电源、开关、逻辑电平等多个方面。

（一）电源部分

• (V_{DD}) 逻辑电源电压范围为 2.37V 至 5.5V，典型静态电流为 25µA，动态电流在特定条件下可达 100 - 200µA。
• (V_{NN}) 负电源电压范围为 -200V 至 0V，静态电流和动态电流在不同条件下有相应的数值。
• (V_{P - P}) 电源电压典型值为 +12V，静态和动态电流也有详细的参数说明。

（二）开关特性

• 模拟动态信号范围从 (V{NN}) 到 (V{NN}+210V)，能够满足大多数高电压信号的传输需求。
• 小信号导通电阻典型值为 18Ω，并且导通电阻的匹配度和平坦度都有很好的表现。
• 对于 MAX4968C，每个开关端子集成了 30 - 50kΩ 的泄放电阻。

（三）开关动态特性

• 开关的导通和关断时间都非常短，分别为 2 - 5µs 和 2 - 3.5µs，能够实现快速的信号切换。
• 最大 (V_{SW -}) 压摆率可达 20V/ns，保证了信号的快速上升和下降。

（四）逻辑电平

逻辑输入和输出的电压范围都有明确的规定，逻辑输入电容为 5pF，输入泄漏电流在 -1 至 +1µA 之间。

四、引脚配置与功能

器件的引脚配置清晰明确，每个引脚都有特定的功能。例如，A1 - A8、B1 - B8 等引脚是模拟开关的端子，用于连接外部的模拟信号；G3 引脚是正电压电源 (V_{P - P})，需要通过一个 0.1µF 或更大的陶瓷电容旁路到地；G4 引脚是地；G5 引脚是串行时钟输入 CLK 等。详细的引脚功能可以参考数据手册中的引脚描述表格。

五、工作原理

（一）模拟开关

该器件能够传输高达 210V_{P - P} 的模拟信号，模拟信号范围从 (V{NN}) 到 (V{NN}+210V)。在进行高压脉冲传输前，输入电压必须接近地，以确保开关的正常工作。高压脉冲频率必须大于 500kHz，对于长时间的高压脉冲（(V{P - P}>10V) 且占空比大于 20%）可能会导致信号质量下降，尤其是单极性传输。而对于低电压信号（(V{P - P}<10V)）的连续波双极性传输，频率大于 500kHz 时可以正常传输，对于非常小的信号甚至可以传输直流信号。

（二）串行接口

MAX4968B/MAX4968C 通过一个 16 位串行移位寄存器和透明锁存器组成的串行接口进行控制。每个数据位控制一个模拟开关，数据在 DIN 引脚以最高有效位（MSB）优先的方式在 CLK 上升沿时钟输入到移位寄存器，同时在 CLK 上升沿从移位寄存器输出到 DOUT 引脚，DOUT 反映 DIN 的状态，但延迟 16 个时钟周期。

（三）锁存控制

• 锁存使能（LE）：当 LE 为低电平时，改变锁存器的内容并更新高压开关的状态；当 LE 为高电平时，冻结锁存器的内容，防止开关状态改变。为减少时钟串扰引起的噪声，在将数据时钟输入到移位寄存器时，应将 LE 置为高电平，在移位寄存器加载有效数据后，将 LE 置为低电平脉冲，将移位寄存器的内容加载到锁存器。
• 锁存清除（CLR）：当 CLR 为高电平时，将锁存器的内容复位为零，同时打开所有开关，但不影响移位寄存器的内容。之后将 LE 置为低电平脉冲，可将移位寄存器的内容重新加载到锁存器。
• 锁存设置（SET）：当 SET 为高电平时，将锁存器的内容置为高电平，同时关闭所有开关，同样不影响移位寄存器的内容。之后将 LE 置为低电平脉冲，可将移位寄存器的内容重新加载到锁存器。需要注意的是，CLR 优先级高于 SET。

（四）上电复位

器件具备上电复位电路，确保上电时所有开关处于打开状态，内部 16 位串行移位寄存器和锁存器在上电时被置为零。

六、应用信息

（一）典型应用场景

在超声成像和工业印刷等应用中，MAX4968B/MAX4968C 发挥着重要作用。在典型超声应用中，无需专用的高压电源，简化了系统设计。比如在医疗超声应用中，可以用于探头和主机中的高电压模拟开关，以及每个接收器通道的多个发射和隔离功能，如数据手册中的图 4、图 5 和图 6 所示。

（二）级联多个器件

数字输出 DOUT 允许通过级联方式连接多个 MAX4968B/MAX4968C 器件。将每个器件的 DOUT 连接到下一个器件的 DIN，同时连接所有器件的 CLK、LE、CLR 和 SET 输入，将 LE 置为低电平可以同时更新所有器件的状态，将 CLR 置为高电平可以同时打开所有开关，将 SET 置为高电平可以同时关闭所有开关。还可以在数据链的任意位置串联额外的移位寄存器。

（三）电源排序和旁路

该器件不需要对 (V{DD})、(V{P - P}) 和 (V{NN}) 电源电压进行特殊的排序。为了保证电源的稳定性，需要使用一个 0.1µF 的陶瓷电容尽可能靠近器件将 (V{DD})、(V{P - P}) 和 (V{NN}) 旁路到地。

总的来说，MAX4968B/MAX4968C 以其卓越的性能、高灵活性和高可靠性，为电子工程师在高电压模拟信号控制领域提供了一个非常优秀的解决方案。在实际设计中，我们可以根据具体的应用需求，充分利用其各种特性，优化系统设计。大家在使用过程中有没有遇到过类似器件的其他问题呢？欢迎在评论区交流分享。