在超聲智能探頭的設計中

，整體電路的小型化和EMI性能是最為關鍵的考量點，因此電源軌的設計至關重要。TI是全球第一家成功使用了SiP(System-in-Package)電源模塊封裝技術並成功量產的公司。在MicroSiP封裝形式中
，IC嵌入到基片中，所有的被動元器件（電容，電感）焊接在基片上。緊湊的封裝具備最小化體積的優勢外，同時也使得開關電源的電流和電壓環路最小化，提高了整體電源模塊的EMI性能。

 

圖1是一個典型的應用於電池供電的超聲波智能探頭的整體解決方案。電池供電的方案由於其便攜性逐漸成為智能探頭的主流。 

 

圖 1超聲波智能探頭解決方案 

 

本文主要討論超聲波智能探頭解決方案中TI的產品。

 

超聲波智能探頭的主信號鏈路由32通道的發射端芯片TX7332和32通道的接收端芯片接收端芯片AFE5832LP組成，根據設備探頭基元通道數的不同，可以增加發射端和接收端芯片的數量

，或者用高壓開關進行通道數的拓展。

 

TX7332集成了32通道的pulser電路，可以產生3電平的高壓脈衝（最高可達±100V），每通道的輸出電流可以從0.3A到1.2A自由配置。同時TX7332集成了T/R開關，在發送高壓脈衝時處於關斷狀態以保護低壓端的接收電路，在需要接收反射回來的信號時導通

，使探頭和接收端連通。T/R開關的導通電阻為24Ω。同時TX7332支持對每個通道的發波進行不同的配置。

 

AFE5832LP是一款集成模擬前端(AFE)，針對醫療超聲波應用進行了優化。該器件通過具有兩個裸片的多芯片模塊(MCM) 進行實現：一個壓控放大器(VCA) 裸片和一個模數轉換器(ADC) 裸片。AFE5832LP還支持各種功率和噪聲組合選項，從而優化係統性能。作為一種極低功耗的AFE解決方案，AFE5832LP每通道的功耗為18.5mW，因此適用於具有嚴格的電池壽命要求的係統。

 

對於TX7332和AFE5832LP的詳細應用報告可以參考下述技術文章。

 

https://www.ti.com.cn/cn/lit/pdf/zhca983

 

下述這篇應用文章提供了一個低壓輸入，最高可產生TX7332中的pulser電源軌的±80V電壓的解決方案。每路高壓的最大功率為2W。整體電路基於PWM控製器LM3488，電路拓撲選擇了SEPIC架構
，如圖2所示。

 

https://www.ti.com/lit/pdf/sloa284

 

圖 2 SEPIC架構示意圖

 

TX7332的-5V電源軌由LM27762提供。LM27762是一個低噪聲的電荷泵，可以同時產生可調節的正負電壓

，調節範圍在±1.5V~±5V之間。LM27762的輸入電壓範圍在2.7V~5.5V之間，最大輸出電流可支持±250mA
，LM27762工作頻率為2MHz以減小輸出阻抗和電壓紋波。正常工作的靜態電流僅為390uA，關斷電流僅為0.5uA。LM27762可以為大電流，低噪聲的負壓電壓應用場景提供理想的偏置。

 

圖 3 LM27762簡化示意圖

 

TPS7A88是一個雙通道，低噪聲，高電源抑製比的LDO

，最大輸出電流可達1A，同時僅有200mV的壓降。TPS7A88最低可工作在1.4V輸入電壓，0.8V輸出電壓的環境下。每個通道的線性調整器均集成了一個低噪聲的0.8V的電壓基準。同時內部的保護電路（比如欠壓保護鎖定）可ke以yi防fang止zhi器qi件jian在zai輸shu入ru電dian壓ya不bu夠gou高gao的de時shi候hou啟qi動dong，這zhe樣yang的de設she計ji可ke以yi保bao證zheng輸shu出chu電dian壓ya具ju有you良liang好hao的de精jing度du。折zhe返fan電dian流liu限xian製zhi會hui在zai輸shu出chu短duan路lu的de情qing況kuang下xia限xian製zhi輸shu出chu電dian流liu。內nei部bu的depower good檢測電路可以讓用戶在多個LDO級聯的情況下設置時序，而且當輸出電壓低於設置的閾值時會有alert信號產生。

 

圖 4 TPS7A8801簡化示意圖

 

TPS82140最高可支持17V的電壓輸入，最大輸出電流為2A
，整體尺寸為3.0mm x 2.8mm x 1.5mm。TPS82140 MicroSiP電源模塊采用了DCS-Control™ (Direct Control with Seamless transition into Power Save Mode)的工作模式。這種工作模式結合了遲滯控製和電壓控製的優點，在中到重載的時候工作在PWM(Pulse Width Modulation)模式，輕載的時候工作在PSM(Power Save Mode)模式。在PWM工作模式下，開關電源的開關頻率為2MHz，當負載電流減小時，開關電源進入PSM模式，降低了開關頻率以減小IC的靜態電流

，從而實現輕載高效。DCS-Control™同時支持這兩種模式
，可以在不影響輸出電壓的前提下完成從PWM到PSM模式的無縫切換。TPS82140提供出色的直流電壓調製以及快速的瞬態負載相應，同時具備極低的輸出電壓紋波，適用於射頻，醫療等應用場景。

 

TPSM82822電源模塊集成了同步降壓轉換器和電感器，可簡化設計、減少外部元件並節省印刷電路板 (PCB) 麵積。該器件采用緊湊的薄型封裝
，麵積僅為2.0mm x 2.5mm，適用於通過標準表麵貼裝設備進行自動組裝。為了最大限度地提高效率，該轉換器以4MHz 的標稱開關頻率在脈寬調製(PWM)模式下工作，並且會在輕負載電流條件下自動進入節能工作模式。在節能模式下，器件的工作靜態電流典型值為4µA。通過使用 DCS-Control 拓撲，該器件可實現出色的負載瞬態性能和精確的輸出穩壓。器件的 EN 和 PG 引(yin)腳(jiao)支(zhi)持(chi)順(shun)序(xu)配(pei)置(zhi)
，可(ke)帶(dai)來(lai)靈(ling)活(huo)的(de)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)。集(ji)成(cheng)的(de)軟(ruan)啟(qi)動(dong)功(gong)能(neng)降(jiang)低(di)了(le)輸(shu)入(ru)電(dian)源(yuan)需(xu)要(yao)提(ti)供(gong)的(de)浪(lang)湧(yong)電(dian)流(liu)。過(guo)溫(wen)保(bao)護(hu)和(he)斷(duan)續(xu)短(duan)路(lu)保(bao)護(hu)功(gong)能(neng)使(shi)得(de)該(gai)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)穩(wen)健(jian)且(qie)可(ke)靠(kao)。

 

圖 5 TPSM82822簡化示意圖 

 

TI可以提供應用於超聲波智能探頭的整體解決方案，上述高性能的便攜式方案同時也可以為設計者帶來便利。

 

 

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