MAX4936 - MAX4939：八通道高壓收發開關的深度解析

在電子工程師的日常設計工作中，尋找高性能、多功能且易于集成的器件常常是一項挑戰。Maxim的MAX4936 - MAX4939八通道高壓收發（T/R）開關系列產品，能出色地應對各種復雜的應用場景，為設計帶來諸多便利。

文件下載：MAX4937.pdf

產品概述

MAX4936 - MAX4939基于二極管橋拓撲結構，通過SPI接口可以對二極管橋中的電流進行編程控制。這些器件都具備一個鎖存清除輸入引腳（CLR），能異步關閉所有的T/R開關，并使器件進入低功耗的關斷模式。

不同型號的差異

• MAX4936/MAX4938：不僅包含T/R開關，還有削波二極管，可同時執行發送和接收操作。在高壓發送時，發送路徑呈現低阻抗；在低壓接收時，則為高阻抗，有效隔離了發送和接收電路。并且，高壓發送路徑具有高帶寬、低失真和低抖動的特性。
• MAX4937/MAX4939：僅包含T/R開關，僅能執行接收操作。

接收路徑特性

所有器件的接收路徑在低壓接收時為低阻抗，在高壓發送時為高阻抗，這為接收電路提供了有效的保護。同時，低壓接收路徑還具備高帶寬、低噪聲、低失真和低抖動的優點。此外，每個T/R開關都可以單獨進行編程開啟或關閉，這使得這些器件還能作為接收路徑多路復用器使用。

保護特性

MAX4936/MAX4937配備了鉗位二極管，可在傳輸過程中保護接收器輸入免受因T/R開關泄漏電流引起的電壓尖峰的影響。而MAX4938/MAX4939則沒有鉗位二極管，而是依賴接收器前端集成的鉗位二極管來提供保護。

特性亮點

低功耗與高性能

這些開關在僅需1.5mA偏置電流的情況下，就能實現5Ω的低阻抗，并且典型噪聲低于0.5nV / √Hz。同時，它還擁有65MHz的典型-3dB帶寬，為信號的傳輸提供了有力保障。

易于編程

采用SPI接口進行控制，極大地方便了工程師對其進行編程操作，提高了設計的靈活性和效率。

高密度集成

每封裝包含8個通道，有效節省了電路板空間，非常適合對空間要求較高的應用場景。

其他特性

還具有削波二極管（MAX4936/MAX4938）、輸出鉗位二極管（MAX4936/MAX4937）、全局關斷控制（CLR）以及具備高壓保護的低壓接收路徑等特性，進一步提升了產品的性能和可靠性。

電氣特性

靜態特性

涵蓋了HV_輸入電壓范圍、COM_輸出和輸入電壓范圍、NO_輸出電壓范圍、HV_到COM_的連續電流和壓降、二極管橋電壓偏移以及各種引腳的泄漏電流等參數。這些參數為工程師在進行電路設計時提供了重要的參考依據。

動態特性

包括二極管橋的導通和關斷時間、反向恢復時間、SPI上電延遲、小信號COM_到NO_的導通阻抗、-3dB帶寬、關斷隔離度、串擾、諧波失真、互調失真以及各種引腳的電容等。這些動態特性對于評估開關在不同工作條件下的性能至關重要。

數字I/O和電源特性

數字I/O引腳（CLR、DIN、DOUT、CLK、LE）具有明確的輸入高、低電壓、輸入遲滯、輸入泄漏電流、輸入電容以及輸出高、低電壓等特性。電源部分包括正邏輯電源電壓（VDD）、正模擬電源電壓（VCC）、負模擬電源電壓（VEE）以及各個電源的電流等參數。這些特性確保了器件在不同電源條件下的穩定運行。

邏輯時序特性

詳細規定了CLK周期、高電平和低電平時間、CLK到DOUT的延遲、DIN到CLK的建立和保持時間、CLK到LE的建立時間、LE低脈沖寬度以及CLR高脈沖寬度等參數。正確理解和應用這些時序參數，對于確保器件正常工作和與其他電路的協同工作至關重要。

典型工作特性

附件中給出了一系列典型工作特性曲線，直觀地展示了器件在不同工作條件下的性能表現，例如電源電流與電源電壓和溫度的關系、COM_到NO_的小信號傳輸函數和阻抗與頻率的關系、串擾與頻率的關系等。這些曲線能幫助工程師更好地了解器件的性能特點，從而優化電路設計。

引腳配置與功能

引腳配置

器件采用56引腳的5mm x 11mm TQFN封裝，引腳配置經過精心優化，便于實現緊湊的物理布局。

引腳功能

不同引腳承擔著不同的功能，如COM_系列引腳為T/R開關的輸入引腳，在開關導通時允許低壓信號通過，同時阻止高壓信號；HV_系列引腳也是T/R開關的輸入引腳，當存在高壓信號時，COM_引腳會跟隨HV_引腳；NO_系列引腳為T/R開關的輸出引腳，同樣具有低壓信號導通、高壓信號阻斷的特性；CLK、DIN、DOUT、LE、CLR等引腳則用于串行接口的控制。

功能原理

串行接口

通過一個12位的串行移位寄存器和透明鎖存器來控制所有器件。前4位數據位控制二極管橋的偏置電流，后8位數據位控制T/R開關。數據在CLK的上升沿按最高有效位（MSB）優先的順序時鐘輸入到移位寄存器，并在CLK的上升沿從移位寄存器時鐘輸出到DOUT。

發送/接收開關

基于二極管橋拓撲結構，通過串行接口設置S0 - S3開關，可以調整每個二極管橋的偏置電流。

鎖存使能（LE）

當LE為低電平時，可以改變鎖存器的內容并更新T/R開關的狀態；當LE為高電平時，鎖存器內容保持不變，防止開關狀態發生改變。為了減少時鐘饋通引起的噪聲，在數據時鐘輸入到移位寄存器時，應將LE置為高電平。當數據移位寄存器加載有效數據后，將LE脈沖置為低電平，以將移位寄存器的內容加載到鎖存器中。

鎖存清除（CLR）

當CLR為高電平時，鎖存器內容被重置為零，所有T/R開關打開，但CLR不影響移位寄存器的內容。當CLR再次為高電平，且LE為低電平時，移位寄存器的內容將被加載到鎖存器中。

上電復位

器件具備上電復位電路，確保在上電時所有開關處于關閉狀態，內部的12位串行移位寄存器和鎖存器被置為零。

應用信息

醫療/工業成像與超聲應用

這些開關在醫療/工業成像和超聲領域有著廣泛的應用。附件中給出了多個應用電路圖，展示了它們在不同超聲T/R路徑中的應用方式，如每個接收通道對應一個發送的超聲T/R路徑、帶有外部隔離的每個接收通道對應一個發送的超聲T/R路徑以及每個接收通道對應多個發送的超聲T/R路徑等。

超聲特定的IMD3規格

在超聲應用中，與典型通信應用不同，超聲特定的IMD3雙音規格中的兩個輸入音的幅度不相等。在測量中，F1代表組織的反射，F2代表血液的反射，后者的幅度通常比前者低25dB。因此，測量定義為一個輸入音比另一個低25dB。在超聲應用中，感興趣的IMD3產物（F1 - (F2 - F1)）會表現為一個不期望的多普勒誤差信號。

邏輯電平與級聯

數字接口輸入（CLK、DIN、LE、CLR）能夠耐受高達+5.5V的電壓，與VDD電源電壓無關，這使得它們能夠與更高電壓的控制器兼容。同時，數字輸出DOUT允許通過菊花鏈連接多個器件，方便實現多通道的信號處理。

電源排序與旁路

器件不需要對VDD、VCC和VEE電源電壓進行特殊的排序，但在電源上下電過程中，模擬開關輸入必須未連接，或者滿足VEE ≤ (VHV, VCOM, VNO_) ≤ VCC的條件。此外，應使用1μF的陶瓷電容盡可能靠近器件將VDD、VCC和VEE旁路到地。

PCB布局

引腳配置經過優化，便于實現緊湊的物理布局。TQFN - EP封裝的暴露焊盤（EP）為芯片提供了低熱阻路徑，因此在設計PCB時，應確保其能夠從EP傳導熱量，并為EP提供低電感的接地路徑。EP必須通過焊接直接連接到PCB的接地平面，或者通過一組鍍通孔連接。

綜上所述，MAX4936 - MAX4939八通道高壓收發開關系列產品以其豐富的功能、出色的性能和良好的易用性，為電子工程師在醫療、工業成像和超聲等領域的設計提供了一個優秀的選擇。在實際應用中，工程師可以根據具體需求合理選擇器件，并結合其特性和應用信息進行優化設計，以實現最佳的系統性能。你在使用這些開關時，有沒有遇到過一些特別的挑戰呢？不妨在評論區分享一下你的經驗。