該TX75E16是一款用于超聲成像系統的高度集成、高性能的變送器。該器件共有16個脈沖發生器電路，16個發送/接收開關（稱為T/R或TR開關），并支持片上波束形成器（TxBF）。該器件還集成了片內浮動電源，可減少所需的高壓電源數量。

該TX75E16有一個脈沖發生器電路，可產生五級高壓脈沖（高達 ±100V），用于激發超聲換能器的多個通道。該設備總共支持 16 個輸出。最大輸出電流為2A。
*附件：tx75e16.pdf

該設備可用作許多應用的發射器，如超聲成像、無損檢測、聲納、激光雷達、海洋導航系統、腦成像系統等。

TX75E16（在本數據手冊中稱為器件）是高度集成的變送器，用于激發超聲換能器。該器件集成了 16 個脈沖發生器和 16 個 T/R 開關、片上波束形成器和碼型發生器。

該器件集成了浮動電源和內部偏置電壓所需的所有去耦電容。這種集成顯著減少了所需的外部電容器數量。該TX75E16采用 10mm × 10mm 144 引腳 FC-BGA 封裝（ALH 封裝），額定工作溫度范圍為 0°C 至 70°C。

脈沖發生器電路產生五級高壓脈沖（最高 ±100 V），最大輸出電流為 2A。當脈沖發生器發射高壓脈沖時，T/R 開關關閉并保護低壓接收器電路免受損壞。當換能器接收回波信號時，T/R 開關打開并將換能器連接到接收器。T/R開關的ON/OFF作由器件中的片上波束成形引擎控制。T/R 開關在 ON 狀態下提供 8Ω 阻抗。

超聲波傳輸依賴于多個換能器元件的激發，不同的延遲值定義了傳輸方向。這種作稱為發射波束成形。該TX75E16支持不同通道的交錯脈沖，允許發射波束成形。

在片上波束形成器模式下，不同通道脈沖的延遲曲線存儲在器件內。該器件支持一個波束形成器時鐘周期的發射波束形成器延遲分辨率和214個波束形成器時鐘周期的最大延遲。內部碼型發生器根據存儲在配置文件 RAM 中的碼型配置文件生成輸出脈沖碼型。每個通道都有一個 RAM，長度為 960 個單詞。這些模式具有全局和局部重復功能。此功能可用于生成長圖樣，并可用于剪切波成像。

這些碼型配置文件和延遲配置文件使用高速 （400 MHz） 串行外設接口寫入。高速寫入容易出錯，因此該器件具有校驗和功能，可檢測SPI寫入中的錯誤。

為了防止設備因配置不當而損壞，內部錯誤標志寄存器可以檢測故障情況并自動將設備配置為關斷模式。

特性

• 發射器支持：
  • 16 通道 5 電平脈沖發生器和有源發射/接收 （T/R） 開關
• 5級脈沖發生器：
  • 最大輸出電壓：±100V
  • 最小輸出電壓：±1V
  • 最大輸出電流：2A
  • 支持4A輸出電流模式。
  • 真正歸零，將輸出放電到地
  • 5MHz時的二次諧波為–45dBc
  • –3dB帶寬，1kΩ ||240pF負載
    • 20MHz 用于 ±100V 電源
    • 25MHz，用于±70V電源
    • 35MHz，用于4A模式下的±100V電源
  • 集成抖動：100 fs，測量范圍為 100Hz 至 20kHz
  • CW模式近相位噪聲：5MHz信號在1kHz偏移時為–154dBc/Hz
  • 極低的接收功率：1mW/ch
  • 可編程負載阻尼電阻：200Ω、100Ω 或 67Ω
• 有源發送/接收 （T/R） 開關，具有：
  • 導通電阻：8Ω
  • 導通和關斷時間：100ns
  • 瞬態毛刺：10mVPP
• 片上光束形成器具有：
  • 基于通道的 T/R 開關開啟和關閉控制
  • 延遲分辨率：半波束形成器時鐘周期，最小 2 ns
  • 最大延遲：214波束形成器時鐘周期
  • 最束形成器時鐘速度：320MHz
  • 具有 2K 不同電平的每通道模式控制
  • 全局和局部重復模式，為剪切波成像提供長時間的模式
  • 支持 120 個延遲配置文件
• 高速（最大 400 MHz）、2 通道 LVDS 串行編程接口。
  • 編程時間短：延遲配置文件更新< 500ns
  • 32 位校驗和功能，用于檢測錯誤的 SPI 寫入
• 支持 CMOS 串行編程接口（最大 50MHz）
• 內部溫度傳感器和自動熱關斷
• 無特定的電源排序要求
• 用于檢測故障情況的錯誤標志寄存器
• 用于浮動電源和偏置電壓的集成無源器件
• 小型封裝：FC-BGA-144（10mm × 10mm），間距為 0.8mm

參數

方框圖

一、產品概述

TX75E16 是德州儀器推出的 高集成度 5 電平 16 通道發射器 ，專為超聲成像系統設計，核心優勢在于集成 16 路脈沖發生器、16 路收發（T/R）開關及片上波束形成器，支持高壓脈沖輸出（最高 ±100V）與快速模式切換（T/R 開關通斷時間 100ns），適配超聲掃描儀、壓電驅動器、超聲智能探頭等場景。器件采用 10mm×10mm 144 引腳 FC-BGA（ALH 封裝），集成浮地電源與偏置電壓所需的無源元件，大幅減少外部元件數量，工作溫度范圍 0~70°C，兼顧高性能與小型化需求。

二、核心特性

（一）高壓脈沖發射能力

• 5 電平脈沖輸出 ：輸出電壓范圍 ±1~±100V，最大輸出電流 2A，支持 4A 增強電流模式，適配不同功率需求的超聲換能器；
• 寬頻帶性能 ：帶載（1kΩ||240pF）時 - 3dB 帶寬隨供電電壓變化：±100V 供電下 20MHz，±70V 供電下 25MHz，4A 模式（±100V）下 35MHz，滿足高頻超聲成像需求；
• 低失真與噪聲 ：5MHz 信號二次諧波 - 45dBc，集成抖動 100fs（100Hz~20kHz），CW 模式近載頻相位噪聲 - 154dBc/Hz（1kHz 偏移），確保高質量脈沖信號生成；
• 放電功能 ：支持 “真歸零”（True return to zero），可將輸出放電至地，避免換能器殘留電荷影響成像精度。

（二）高速收發切換與保護

• 集成 T/R 開關 ：每通道獨立 T/R 開關，導通電阻僅 8Ω，通斷時間均為 100ns，切換時瞬態毛刺僅 10mVPP，有效保護低壓接收電路免受高壓脈沖損壞；
• 可編程負載阻尼 ：支持 200Ω、100Ω、67Ω 三檔阻尼電阻配置，適配不同阻抗的換能器，減少信號反射與振蕩；
• 低接收功耗 ：接收模式下每通道功耗僅 1mW，降低系統整體功耗，適配電池供電的便攜式超聲設備（如智能探頭）。

（三）片上波束形成器

• 高精度延遲控制 ：延遲分辨率為波束形成器時鐘周期的 1/2（最小 2ns），最大延遲為214個時鐘周期，波束形成器時鐘最高 320MHz，可精確控制各通道脈沖時序，實現超聲波束定向發射；
• 多模式圖案生成 ：每通道配備 960 字長 RAM 存儲圖案配置，支持 2000 種不同電平的局部 / 全局重復圖案，可生成長時間序列圖案（如剪切波成像所需的連續脈沖），支持 120 種延遲配置文件；
• 通道獨立控制 ：基于通道的 T/R 開關通斷控制與圖案配置，可實現多通道異步或同步脈沖發射，靈活適配不同成像模式（如相控陣、線陣超聲）。

（四）高速編程與可靠性

• 雙編程接口 ：支持高速 LVDS 串行接口（最高 400MHz，延遲配置更新時間 < 500ns）與 CMOS 串行接口（最高 50MHz），適配不同系統數據速率需求；
• 錯誤檢測與保護 ：32 位校驗和功能檢測 SPI 寫入錯誤，內部錯誤標志寄存器可識別故障狀態并自動觸發關斷模式；集成溫度傳感器與自動熱關斷功能，避免過熱損壞；
• 無電源時序要求 ：無需特定電源上電順序，簡化系統電源設計；集成浮地電源與偏置電壓的無源元件，減少外部電容數量，降低 PCB 布局復雜度。

三、器件信息與封裝

（一）封裝與訂購信息

（二）熱學與機械特性

• 封裝尺寸 ：10mm×10mm（長 × 寬），0.8mm 引腳間距，適合高密度 PCB 布局；
• 托盤規格 ：存儲托盤外部尺寸 315mm（長）×131.95mm（寬），單元口袋間距 15.07mm，角落口袋中心距邊緣 12.9mm（X 向）/12.8mm（Y 向），最高耐受溫度 150°C，適配工業級倉儲與焊接流程。

四、關鍵術語與應用說明

（一）核心術語定義

（二）典型應用場景

1. 超聲成像系統 ：16 通道脈沖發生器驅動多陣元超聲換能器，片上波束形成器控制各通道延遲，實現波束定向發射；T/R 開關在發射時斷開保護接收電路，接收時導通傳遞回波信號，適配相控陣超聲掃描儀；
2. 壓電驅動器 ：輸出 ±1~±100V 高壓脈沖驅動壓電元件，4A 增強電流模式可滿足大功率壓電執行器需求，可編程阻尼電阻適配不同容性負載；
3. 超聲智能探頭 ：小型化封裝（10mm×10mm）與低接收功耗（1mW/ch），適合集成于便攜式探頭，減少探頭體積與功耗，提升設備便攜性。

五、設計與使用要點

（一）電源配置

• 高壓電源 ：A 側（AVDDP_HV_A/AVDDM_HV_A）與 B 側（AVDDP_HV_B/AVDDM_HV_B）獨立供電，需根據輸出電壓需求選擇 ±70V 或 ±100V 電源，電源紋波需控制在 1% 以內，避免影響脈沖質量；
• 低壓電源 ：AVDDP_5（5V）、AVDDM_5（5V 地）、AVDDM_1P8（1.8V）為數字電路與波束形成器供電，需單獨濾波（建議并聯 1μF 陶瓷電容 + 10μF 鉭電容），確保低壓電路穩定工作；
• 浮地設計 ：器件集成浮地電源所需無源元件，外部無需額外配置，但需保證浮地與系統地之間的絕緣，避免高壓擊穿。

（二）編程與控制

• 接口選擇 ：高速 LVDS 接口（400MHz）適合需快速更新延遲配置的場景（如實時波束調整），CMOS 接口（50MHz）適合低速配置需求，兩者均支持 SPI 協議；
• 配置流程 ：通過 SPI 寫入延遲配置文件（120 種可選）與圖案配置文件（每通道 960 字），寫入后需觸發校驗和檢測，確保數據正確性；故障時可讀取錯誤標志寄存器定位問題（如過熱、SPI 寫入錯誤）；
• 波束形成器時鐘 ：需外部提供最高 320MHz 時鐘，時鐘抖動需 < 50fs，避免影響延遲控制精度。

（三）PCB 布局與防護

• 高壓布線 ：AVDDP_HV/A、AVDDM_HV/A 等高壓引腳布線需滿足爬電距離（建議≥0.2mm/100V），采用粗銅皮（≥0.5mm 寬）降低線路壓降；
• 信號隔離 ：高壓脈沖輸出（OUT_1OUT_16）與低壓接收信號（RX_1RX_16）需分開布局，間距≥1mm，避免高壓耦合干擾；
• ESD 防護 ：器件對靜電敏感，需遵循 JEDEC ESD 防護標準（HBM±2000V，CDM±500V），焊接與調試時佩戴防靜電手環，PCB 預留 ESD 防護器件位置（如 TVS 管）。