Maxim工业超声波应用的高电压需要

1、Maxim 工业超声波应用的高电压需要摘要：超声传输大多数集成电路旨在支付应用，不 一定适合工业应用的需求 。工业应用，流量计，和声纳经 常有电压能力，目前的能力，和频率的不同要求。由于其具 有很大的灵活性， Maxim 的高电压 (HV) 的产品， 可用于广泛 的应用范围。本文介绍了 MAX4940 四高压数字脉冲发生器 和 MAX4968 高压多路复用器 (MUX) 的各种应用目录概述MAX4940 高压数字脉冲发生器MAX4968 高压模拟开关支持的应用程序双极单极性正单极性负 加倍的 BTL 配置的电压能力增加电流能力与并行低和高频率操作低频运行 (<1MHz 的 )较高的工作频

2、率 (> 20MHz 的 )概述MAX4940 高压数字脉冲发生器图 1 显示的基本功能框图 MAX4940 ，设备，具有 4 通 道高电压 (HV) 数字脉冲。 (只有 1 出 4 个通道显示在图中 )。S1 和 S2 交换机 (分别连接到 V PP _和 V NN _) 功能的S3 开关 （称为“钳”在数据表 ）功能， 200V 电压和 1A 电 流的能力。数字脉冲发生器可以工作在双极型和单极化的应用。换 句话说，在下列情况下都支持：V PP，V NN = 100 V ，- 100V 双极V PP，V NN = 0 ，- 200V 单极负V PP，V NN = 200 伏， 0单极积

3、极INP_ INN_控制S1和S2分别。INC_控制S3（钳）,但它是由S1和S2空调。在大多数应 用中， INC_ 不需要驱动。您可以始终保持高的驱动器 INP_ 和 INC_ 只。这样做， S3 是激活每次 S1 和 S2 都熄灭。图 1 。 MAX4940 的功能框图 （4 通道 1）表 1。 MAX4940 真相表MAX4968 高压模拟开关图 2 显示的基本功能框图 MAX4968 ，它具有 16 个独立 的高压模拟开关。带有 SPI ?接口，每个开关的内部状态可以 被编程 。在大多数超声应用，高压模拟开关用于实现高压 复用器。SW1A ， SW1B 从 V 神经网络可以摆动至 V

4、NN + 200V 。高压模拟开关，可以工作在双极型和单极应用。输入 / 输出电压范围可有下列情形之一：(SW_)范围=+100 V - 100V双极(SW_)范围=0 - 200V单极负(SW_)范围=200 V，0单极性正V 神经网络可以从 0V 到 200V ，根据输入信号的幅度和 极性。 V 神经网络共享可与脉冲发生器 （ 发射机 ）负电源 。V PP 是一种低电源电压 （10V 只 ）同等R ON是平坦的，在整个输入范围内 （约20Q ）和电 容是 16PF 只 。图2。MAX4968的功能框图。支持的应用程序Maxim 的高压脉冲发生器和开关是独一无二的， 因为它 们可以工作在双极

5、型和单极化的应用。（大多数工业超声波应用是单极的。 ）Maxim 的解决方案提供了一个很大的好处， 无论是在单极化应用系统的尺寸缩小和简化方面。应用图和 时间图如下所示为双极型和单极化应用。外部草削波二极管 可以在一些省略的个案。双极应用图 3。 MAX4940 四的典型应用电路，双极数字脉冲图 4 。使用 MAX4940 和 MAX4968 大大简化了设 计，在双极应用中使用的高压电源。为方便起见， 只有两个通道连接和 MAX4968 配置为 1:2 高压 MUX 。只需要两个高压电源 (V PP，V NN) 。MAX4940 的裸露焊盘 (未在图 4 所示 )必须连接到 V NN 。图 5

6、 。信号脉冲和开关双极负应用中使用 MAX4940 和MAX4968 的时序图注： CLP_ 始终居高不下 。只有每个通道两个典型的 3 级传输控制信号。单极性正应用图 6。 MAX4940 在一个单极的积极应用。图 7 。在单极应用中使用 MAX4940 和 MAX4968 可 减少高压电源的需要。只有一个高压电源是必需的。公告彗星 GN _可以直接连接到彗星的 DN _使每一个通 道的电容将被删除。V EE 的 MAX4940 的电源电压是不再需要 （ V EE 引脚接 地 ） 。电容器的公差为 200VMAX4940 的裸露焊盘 （未显示 ） ，可以接地。图 8 。脉冲和开关单极积极应用

7、中使用 MAX4940 和MAX4968 的信号时序图。单极性负应用图 9 。使用 MAX4940 在单极应用。图 10 。使用 MAX4968 和 MAX4940 的单极性负应用，减少所需的高压用品。只需要一个高压电源单极性正 （图 6 和图 7）配置与单极负 （需要更少的外部元 件和更好的散热性能，裸露焊盘连接至GND 平面 ）相比略有可取图 11 。脉冲和开关单极负应用中使用 MAX4940 和 MAX4968 的信号时序图。电压驱动能力的 BTL 配置加倍在工业应用中， 往往需要驾驶超过 200V 的电压传感器。 无损检测，流量计量，或其他应用程序使用的传感器元件， 可以要求以获得更好

8、的性能超过 200V 的脉冲。 MAX4940 可以驱动一个桥接负载 （BTL） 配置的传感器元件，一个峰， 相当于增加一倍非高峰期激励信号。需要使用两个 MAX4940 通道驱动一个单一的传感器元件。激励电压可高 达 400V 聚丙烯 的单个元素传感器的两个电极时， BTL 配 置是可能的。这并不适用于大型传感器阵列，其中的元素通 常都有一个共同的节点正常连接到 GND 。，图 12 显示了一个典型的 BTL 应用图。其出发点是单极的配置 （在这个例子中的积极 ）。然而，现在是连接传感器的负载之间OUT1_ 和OUT2_ 。图 13 显示一个典型的驾驶执照计划。因此，激励 信号的幅度可以达到

9、 2 X V PP,即400V聚丙烯。图12 一个典型的桥接负载 （BTL） 配置使用 MAX4940 。图 13 。 BTL 配置中的一个典型的驾驶执照计划的时序图。增加与并行的电流驱动能力在工业应用中，一个大于 2A 的电流驱动能力，有时是 需要的。这种高能力，可用于驱动高容性负载的 NF 秩序或 工作在高频率 （例如，到 30MHz 至 40MHz） 。 MAX4940 通 道可以并行，以增加电流能力 （2 = 4A通道，3通道=6A，等 上） ，例如， 图 14 显示了积极的单极 4A 数字脉冲发生器并 联使用 2 个通道驱动一个单一的元素。虽然图展示 MAX4940 ，类似的考虑，

10、可以做到的 MAX4968 。相关的方 法也可以用于在双极型和单极负应用。通道可以被并行化以 减少电阻和增加驱动能力。 ，如图 14 。 这是一个 4A 积极 的单极脉冲发生器中的应用框图。 使用 BTL 配置时， 也可以 并行通道。换句话说，可以使用 MAX4940 驱动一个单一的 元素高达 400V 的 PP 具有 4A 电流能力 (图 15)。图 15。应用 图的 BTL 应用程序中的 MAX4940 驾驶 4A 。低和高频率操作上面所讨论的应用程序图覆盖大多数应用。不过，也有 用于低频信号的情况下 (<1MHz 的 )。，这是经常在声纳应 用程序的情况下，其范围可以从 10kHz

11、 至 200kHz 。此外， 在高频率 (> 20MHz 的 )有时是必需的， 往往在无损检测 应用，以改善轴向分辨率或 PWM 调制信号的传输。下面的 部分说明了这两种类型的应用 。低频 (<1MHz 的)MAX4940 可以工作在频率高于 1MHz 的低。这是足以 取代电容器，具有更大的价值信号电容 (3.3nF 在上面的例子)。作为一个经验法则，可以考虑下列公式计算：彗星信号 = 3.3nF/freq( 兆赫)例如，为 100kHz 的应用程序，建议值是 33nF 。 Contrastingly ， MAX4968 是基于一个 bootstrap 架构。它不 能运行在频率低于

12、 100kHz 。高频(> 20MHz 的)MAX4940 的驱动电路可以工作在高频率 (产生短脉冲 )， 如 40MHz 的。然而，实际的限制，通常是由于驱动电流能 力有限 。，负载在一阶近似， 可以考虑纯容性 ( LOAD ) 。最 大压摆率，就可以实现相关的峰值电流，脉冲发生器可以提 供( PEAK) 。公式中，SLEW_RATE =( V/ T)MAX = / TOT其中 C TOT 是总负载电容， 包括传感器的电容， 电缆电 容，和 IC 寄生电容。 现在，假设你正在积极单极模式 (图 6)，并试图发送一个 200V 单极爆裂 。如果，例如 C TOT = 400pF 的，然后摆率是有限的：，因此，上升和下降时间大约由：T = T 200V /（6.66V/ns）=为 30ns因此 200V 幅度最小脉冲宽度约 60ns 的 过程中，类似 的考虑可以为双极性和单极性负应用 。如上所述