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    VCA5807用于帶無源連續波混頻器的超聲波

    時間:2019-8-5, 來源:互聯網, 文章類別:元器件知識庫

    功能描述
    8通道電壓控制放大器–LNA、VCAT、PGA、LPF和CW混頻器VCA5807是一種集成電壓控制放大器(VCA),專門為高性能、小尺寸的超聲系統設計。
    可編程低噪聲放大器(LNA)
    24/18/12 dB增益
    -0.25/0.5/1 Vpp線性輸入范圍
    -0.63/0.7/0.9 nv/rthz輸入參考噪聲
    -可編程主動端接
    40dB低噪聲壓控衰減器(VCAT)
    24/30分貝可編程增益放大器(PGA)
    三階線性相位低通濾波器(LPF)
    -10、15、20、30兆赫
    -巴特沃斯特性

    噪聲/功率優化(全鏈)
    -0.75 nv/rthz時為99 mw/ch
    -1.1 nv/rthz時為56 mw/ch
    -連續波模式下80 mW/ch
    優秀的設備間增益匹配
    -±0.5 dB(典型)和±1.05 dB(最大)
    低諧波失真
    快速一致的過載恢復
    低頻聲納信號處理
    連續波多普勒無源混頻器(CWD)
    -低閉合相位噪聲–1時為156 dBc/Hz
    kHz關閉2.5兆赫載波
    -相位分辨率1/16λ
    -支持32x、16x、8x、4x和1x CW時鐘
    -3次和5次諧波的12dB抑制
    -靈活的輸入時鐘
    14毫米x 14毫米,100針TQFP
    應用
    醫學超聲成像
    無損評價設備
    聲納成像
    是必需的。VCA5807集成了完整的時間增益控制(TGC)成像路徑和連續波多普勒(CWD)路徑。它還允許用戶選擇各種功率/噪聲組合之一,以優化系統性能。因此,VCA5807不僅適用于高端系統,而且適用于便攜式系統,是一種合適的超聲模擬前端解決方案。
    VCA5807包含八個通道的電壓控制放大器(VCA)和連續波混頻器。該VCA包括低噪聲放大器(LNA)、電壓控制衰減器(VCAT)、可編程增益放大器(PGA)和低通濾波器(LPF)。LNA增益可編程以支持250 mvpp到1 vpp輸入信號。LNA也支持可編程主動終端。超低噪聲VCAT提供40dB的衰減控制范圍,提高了整體低增益信噪比,有利于諧波成像和近場成像。PGA提供24分貝和30分貝的增益選項。在ADC之前,可以將LPF配置為10兆赫、15兆赫、20兆赫或30兆赫,以支持不同頻率的超聲應用。此外,VCA5807的信號鏈可以處理低于100kHz的信號頻率,這使得它不僅可以用于超聲波應用,也可以用于聲納應用。
    VCA5807集成了一個低功率無源混頻器和一個低噪聲和放大器,實現了一個單芯片CWD波束形成器。16個可選相位延遲可應用于每個模擬輸入信號。同時采用獨特的三階和五階諧波抑制濾波器,提高了連續波的靈敏度。
    VCA5807有一個14mm x 14mm,100pin的TQFP封裝,它被指定用于-40°C到85°C的操作。
    靜電放電損傷的范圍從細微的性能退化到整個設備故障。精密集成電路可能更容易受到損壞,因為非常小的參數變化可能導致設備不符合其公布的規格。

    寄存器寫入描述
    不同模式的編程可以通過pins sen(串行接口啟用)、sclk(串行接口時鐘)、sdata(串行接口數據)和reset組成的串行接口完成。所有這些引腳都有一個下拉電阻接地20kΩ。當SEN低時,位到設備的串行移位被啟用。當SEN激活(低)時,串行數據SData被鎖存在SCLK的每個上升沿。當SEN低時,串行數據在每24個SCLK上升沿加載到寄存器。如果字長度超過24位的倍數,則忽略多余的位。數據可以在單個有源SEN脈沖內以24位字的多個字加載(在SEN下降沿后,有一個內部計數器對24個時鐘組進行計數)。該接口可以在20兆赫到低速(幾赫茲)的SCLK頻率下工作,甚至可以在非50%占空比SCLK下工作。數據分為兩個主要部分:寄存器地址(8位)和數據本身(16位),加載到地址寄存器上。當用未使用的位寫入寄存器時,這些位應設置為0。

    寄存器讀出說明
    該設備包括一個選項,其中內部寄存器的內容可以被讀出。這可能有助于診斷測試,以驗證外部控制器和VCA之間的串行接口通信。首先,<register readout enable>位(reg0[1])需要設置為“1”。然后,用戶應該啟動一個串行接口循環,指定寄存器(A7-A0)的地址,該寄存器的內容必須被讀取。數據位是“不關心”。設備將在sdout引腳上輸出所選寄存器的內容(d15-d0)。從SCLK的下降沿開始,sdout的典型延遲t8為20 ns。對于低速SCLK,SDOUT可以鎖定在SCLK的上升沿。對于高速SCLK,即SCLK周期小于60ns時,最好在SCLK的下一個下降沿鎖定SDout。

    VCA寄存器描述
    LNA輸入阻抗配置(主動端接可編程性)
    可以通過寄存器52[4:0]配置不同的LNA輸入阻抗。通過啟用和禁用LNA輸出和ACTX引腳之間的反饋電阻,可以相應地調整LNA輸入阻抗。LNA增益和52[4:0]設置之間的關系。TGC和CW路徑的輸入阻抗設置相同。
    VCA5807還具有4個預設的主動端接阻抗,如52[7:6]中所述。內部解碼器用于根據不同的LNA增益選擇適當的電阻。
    VCA5807是一種集成電壓控制放大器(VCA)解決方案,專門為需要高性能和小尺寸的超聲系統設計。VCA5807集成了完整的時間增益控制(TGC)成像路徑和連續波多普勒(CWD)路徑。它還允許用戶選擇各種功率/噪聲組合之一,以優化系統性能。VCA5807包含八個通道;每個通道包括低噪聲放大器(LNA)、電壓控制衰減器(VCAT)、可編程增益放大器(PGA)、低通濾波器(LPF)和連續波混頻器。
    此外,VCA5807中的多個功能適用于超聲波應用,例如主動端接、單通道控制、快速上/下電響應、可編程鉗位電壓控制、快速一致的過載恢復和打開。因此,VCA5807為超便攜手持系統帶來了優質的圖像質量,一直到高端超聲系統。此外,VCA5807可以支持聲納應用,考慮到其出色的低頻(<100 kHz)響應。

    低噪聲放大器(LNA)
    在許多高增益系統中,低噪聲放大器是實現整體性能的關鍵。使用新的專有架構,VCA5807中的LNA提供了卓越的低噪聲性能,同時與具有類似噪聲性能的基于CMOS的架構相比,在非常低的靜態電流下工作。LNA執行單端輸入到差分輸出電壓轉換。它可配置為24/18/12db的可編程增益,其輸入參考噪聲分別為0.63/0.70/0.9nv/√hz。可編程增益設置使線性輸入范圍達到1vpp,實現了新傳感器技術所需的高信號處理能力。較大的輸入信號可以被低噪聲放大器接受;但是,由于信號超過低噪聲放大器的線性工作區域,信號可能會失真。結合低噪聲和高輸入范圍,實現了寬輸入動態范圍,滿足了各種超聲成像模式的高要求。

    低噪聲放大器(LNA)
    在許多高增益系統中,低噪聲放大器是實現整體性能的關鍵。使用新的專有架構,VCA5807中的LNA提供了卓越的低噪聲性能,同時與具有類似噪聲性能的基于CMOS的架構相比,在非常低的靜態電流下工作。LNA執行單端輸入到差分輸出電壓轉換。它可配置為24/18/12db的可編程增益,其輸入參考噪聲分別為0.63/0.70/0.9nv/√hz。可編程增益設置使線性輸入范圍達到1vpp,實現了新傳感器技術所需的高信號處理能力。較大的輸入信號可以被低噪聲放大器接受;但是,由于信號超過低噪聲放大器的線性工作區域,信號可能會失真。結合低噪聲和高輸入范圍,實現了寬輸入動態范圍,滿足了各種超聲成像模式的高要求。
    LNA輸入的內部偏壓約為+2.4V;信號源應通過適當尺寸的電容器(即,≥0.1微F)與LNA輸入進行交流耦合。為實現低直流偏移漂移,VCA5807為每個放大器級集成了一個直流偏移校正電路。為了提高過載恢復率,采用積分器電路提取低噪聲放大器輸出的直流分量,然后反饋到低噪聲放大器的互補輸入進行直流偏移校正。該直流偏移校正電路具有高通響應,可以作為高通濾波器處理。有效角頻率由連接在inm的電容器cBypass確定。電容器越大,角頻率越低。為了在最高高壓濾波器截止頻率下穩定運行,可選擇一個≥15nF的電容器。這個角頻率幾乎與cBypass的值成線性比例。例如,15nf給出了大約100kHz的角頻率,而47nf給出了33kHz的有效角頻率。如果需要低頻操作,也可以通過寄存器52[12]禁用/啟用直流偏移校正電路。大電容器(如1微F)可用于設置LNA直流偏移校正電路的低角頻率(<2 kHz)。
    VCA5807可以被動或主動終止。主動端接在超聲應用中是首選的,以減少不匹配的反射,并在不過度降低噪聲系數的情況下獲得更好的軸向分辨率。主動端接值可預設為50、100、200、400Ω;其他值也可由用戶通過寄存器52[4:0]進行編程。在actx和信號源之間需要一個反饋電容器,在有源端接路徑上,當VCA5807看到過載信號時,還使用鉗位電路來創建低阻抗路徑。鉗位電路限制了低噪聲放大器輸入端的大輸入信號,提高了VCA5807的過載恢復性能。當寄存器52[10:9]=0時,根據LNA增益設置,鉗位電平可自動設置為350mvpp、600mvpp、1.15vpp。其他鉗形電壓,如1.15Vpp、0.6Vpp和1.5Vpp,也可以通過設置寄存器52[10:9]來實現。這種鉗位電路的設計還可以獲得良好的脈沖反轉性能,并減少非對稱輸入的影響。請注意,在LNA增益切換過程中,鉗位設置可能會發生變化。因此,在調整LNA增益時,尤其是當過載信號超過夾緊電壓時,必須考慮鉗位的固定時間。

    電壓控制衰減器
    電壓控制衰減器設計成具有線性In-dB衰減特性;即,對于控制電壓(VCNTL)的每一個相等增量,以dB為單位的平均增益損失(見圖2)是恒定的
    衰減器本質上是一個可變分壓器,它由串聯輸入電阻(RS)和七個并聯FET組成,FET并聯并由順序激活的限幅放大器(A1到A7)控制。vcntl是vcntlp和vcntlm之間的有效區別。每個削波放大器可以理解為一個專門的電壓比較器具有軟傳輸特性和良好的控制輸出極限電壓。參考電壓v1至v7在0V至1.5V控制電壓范圍內等距分布。當控制電壓通過每個剪切放大器的輸入范圍增加時,放大器輸出從FET幾乎關閉的電壓上升到FET完全打開的高電壓。當每個場效應管接近其開啟狀態且控制電壓持續升高時,下一個剪切放大器/場效應管組合將接管分段線性衰減特性的下一部分。因此,低控制電壓使大部分場效應管關閉,產生最小的信號衰減。同樣,高控制電壓會打開場效應管,導致最大的信號衰減。因此,每個場效應管的作用是降低由RS和并聯場效應管網絡形成的分壓器的分流電阻。
    此外,為了在VCA5807中獲得更好的相位噪聲性能,還實現了數字控制TGC模式。衰減器可以由數字控制而不是模擬控制電壓VCNTL。該模式可由寄存器位59[7]設置。變壓分壓器采用固定串聯電阻,場效應管采用并聯電阻。通過連接開關SW1-7,可以打開每個FET。打開每個開關可以產生大約6分貝的衰減。這可以由寄存器位59[6:4]控制。這種數字控制特性可以消除VCNTL電路中的噪聲,確保TGC路徑具有更好的信噪比和相位噪聲。

    電壓控制衰減器的噪聲與衰減系數呈單調關系。在較高的衰減下,輸入參考噪聲較高,反之亦然。然后,衰減器的噪聲被PGA放大,成為ADC輸入端的噪聲地板。在衰減器的高衰減工作范圍內,即VCNTL高,衰減器的輸入噪聲可能超過LNA的輸出噪聲;然后衰減器成為下一個PGA級和ADC的主要噪聲源。因此,與LNA輸出噪聲相比,衰減器的噪聲應最小化。VCA5807的衰減器設計用于在高衰減(低通道增益)下實現非常低的噪聲,并在近場中實現更好的信噪比。

    低輸入噪聲是PGA中的首選,其噪聲貢獻不應在衰減器后過多地降低ADC的信噪比。在最小衰減(用于小輸入信號)時,LNA噪聲占主導地位;在最大衰減(大輸入信號)時,PGA和ADC噪聲占主導地位。因此,只要放大后的信號能超過ADC的噪聲下限,PGA的24dB增益就能獲得更好的信噪比。
    可啟用PGA電流箝位電路(寄存器51),以提高VCA的過載恢復性能。如果我們在過載后測量輸出的標準偏差,對于0.5伏VCNTL,正常情況下約為3.2 LSB,即過載后約1個時鐘周期內輸出穩定。在禁用電流鉗位電路的情況下,該值接近4 LSB,這意味著輸出穩定之前的時間更長;但是,在啟用電流鉗位電路的情況下,對于pga輸出水平>2dbfs,hd3將降級。例如,對于–2dbfs輸出電平,hd3下降約3db。為了使輸出動態范圍最大化,采用鉗位電路,最大PGA輸出電平可以超過2VPP(0 dbfs線性輸出范圍)。因此,應選擇具有良好過載恢復性能的ADC。

    VCA5807集成了一個反混疊濾波器,其形式為可編程低通濾波器(LPF)在跨阻放大器中。低通濾波器是一種差分、有源、三階濾波器,具有巴特沃思特性,每八度滾降一個典型的18dB。通過串行接口可編程,-1db頻率角可以設置為10MHz、15MHz、20MHz和30MHz中的一個。同時為所有通道設置濾波器帶寬。
    此外,還實現了一種可選的直流偏移校正電路。此校正電路與LNA中使用的電路相似。它提取PGA輸出的直流分量,并反饋給PGA的互補輸入進行直流偏移校正。該直流偏移校正電路還具有高通響應,截止頻率為80kHz。如果需要<80kHz的操作,可通過寄存器0x33[4]禁用直流偏移校正電路。
    連續波波束形成器
    連續波多普勒是中高端超聲系統的關鍵功能。與TGC模式相比,連續波路徑需要處理高動態范圍和嚴格的相位噪聲性能。由于上述的嚴格要求,連續波波束形成通常在模擬域中實現。在超聲系統中,包括無源延遲線、有源混頻器和無源混頻器等,正在實現多種波束形成方法。其中,被動混頻器實現了功率和噪聲的優化。它滿足了連續波處理的動態范圍寬、相位噪聲低、增益準確、相位匹配等要求。
    下面分別給出了簡化的連續波路徑方塊圖和同相或正交(I/Q)通道方塊圖。每個連續波通道包括一個低噪聲放大器、一個電壓-電流轉換器、一個基于開關的混頻器、一個帶低通濾波器的共享求和放大器以及時鐘電路。所有的分塊都包括匹配良好的同相和正交信道,以實現良好的圖像頻率抑制和波束形成精度。結果表明,I/Q通道的圖像抑制率優于超聲系統所需的-46dbc。

    LNA配置
    LNA輸入耦合和去耦
    LNA閉環結構在內部進行補償,以獲得最大的穩定性,而無需外部補償元件。LNA輸入偏壓為2.4V,需要交流耦合。典型的輸入配置如圖84所示。CIN是輸入交流耦合電容器。CACT是主動端接反饋路徑的一部分。即使未使用主動端接,也需要CACT來實現夾鉗功能。CACT≥1微F和CIN的推薦值≥0.1微F。T/R開關和LNA輸入之間通常放置一對鉗位二極管。根據傳感器回波幅度的不同,可以考慮使用具有適當正向電壓降(即BAT754/54系列、BAS40系列、MMBD7000系列或類似系列)的肖特基二極管。

    LNA輸入配置
    這種結構最大限度地減少了信號源的任何負載,否則可能導致一個頻率相關的分壓器。閉環設計產生非常低的偏移和偏移漂移。cBypass(≥0.015微F)用于設置高通濾波器截止頻率,并將互補輸入解耦。它的截止頻率與cBypass值成反比。如表8所示,可通過寄存器59[3:2]調整高功率因數截止頻率。T/R開關輸出的低頻信號,如振鈴緩慢的信號,可以過濾掉。此外,高功率因數可以最大限度地降低來自DC-DC轉換器、脈沖重復頻率(PRF)觸發器和幀時鐘的系統噪聲。大多數超聲系統的信號處理單元包括數字高通濾波器或FPGA或ASIC中的帶通濾波器(BPF)。在這些模塊中可以實現進一步的噪聲抑制。如果在某些應用中需要低頻信號檢測,可以禁用

    電壓控制衰減器
    VCA5807中的衰減器由一對差分控制輸入(VCNTLM/P引腳)控制。差分控制電壓在0伏到1.5伏之間。此控制電壓根據衰減器的線性(單位:dB)特性改變衰減器的衰減。其最大衰減(最小信道增益)出現在VCNTLP VCNTLM=1.5 V處,最小衰減(最大信道增益)出現在VCNTLP-VCNTLM=0處。典型的增益范圍是40dB,并且保持不變,與PGA設置無關。
    當只有單端VCNTL信號可用時,可以使用
    VCNTLM針腳接地。如下圖所示,TGC增益曲線與VCNTLP-VCNTLM成反比。

    低頻支持
    VCA5807的信號鏈可以處理低于100kHz的信號頻率,使VCA5807不僅可以用于醫學超聲應用,還可以用于聲納應用。必須關閉PGA積分器才能啟用低頻支持。同時,如圖65所示,可以使用1微F這樣的大電容器來設置低角頻率的LNA直流偏移校正電路
    CW配置
    連續波求和放大器為了簡化連續波系統的設計,在VCA5807中實現了一個求和放大器,將8通道混頻器的電流輸出求和轉換為差分電壓輸出。在保持連續波工作所需的全動態范圍的同時,求和放大器具有低噪聲和低功耗的特點。
    該求和放大器有5個內部增益調整電阻,可提供32種不同的增益設置系統設計人員可以根據信號強度和傳感器靈敏度輕松調整連續波路徑增益。對于任何其他增益值,支持外部電阻選項。總和放大器的增益由LNA后500Ω電阻與內部或外部電阻網絡REXT/INT的比值決定,因此這些電阻之間的匹配比絕對電阻值起著更重要的作用。在芯片上實現了1%以上的匹配。由于工藝的變化,電阻的絕對公差可能更高。如果使用外部電阻,I/Q通道之間或多個VCA之間的增益誤差可能會增加。建議使用內部電阻設置增益,以實現更好的增益匹配(跨通道和多個VCA)。對于外部電容器CEXT,該求和放大器具有一階LPF響應,以去除混頻器中的高頻分量,例如2F0±FD。

    多個VCA5807通常用于并行擴展連續波束形成器的信道數。這些VCA5807S的連續波輸出可以在外部進行求和和和過濾,以獲得所需的增益和濾波器響應。需要交流耦合電容器CAC來阻斷連續波載波信號的直流分量。CAC可以在1uF到10sμF之間變化,這取決于慢血流所需的低頻多普勒信號。在16/18位差分音頻ADC之前,多個VCA5807S的I/Q輸出可與低噪聲外部差分放大器相加。可以考慮采用超低噪聲差分精密放大器opa1632和ths4130。

    時鐘噪聲和連續波路徑噪聲的結合會降低連續波的性能。內部時鐘電路的設計是為了實現良好的相位噪聲要求的連續波操作。VCA5807連續波路徑在1KHz偏移下的相位噪聲優于155dBc/Hz。因此,混頻器時鐘輸入的相位噪聲需要優于155dbc/hz。
    在16、8、4×_CW工作模式下,16、8、4×_CW時鐘需要低相位噪聲時鐘(即,
    CLKP U 16X/CLKM U 16X引腳),以保持良好的連續波相位噪聲性能。1×_CW時鐘(即CLKP U1X/CLKM U1X引腳)僅用于同步多個VCA5807芯片,不用于解調。因此,1_cw時鐘的相位噪聲不是一個問題。可使用頻率為_cw的連續時鐘或寬度大于1/(n_cw)的單脈沖。
    另一方面,在1×_CW工作模式下,由于兩個CLKP U16X/CLKM U16X和CLKP U1X/CLKM U1X管腳都用于混頻器解調,因此需要低相位噪聲時鐘。一般來說,高轉速率時鐘具有較低的相位噪聲,因此在連續波工作中,高振幅和快速轉速率時鐘是首選。在CMOS時鐘模式下,5V的CMOS時鐘可以達到最高的轉換速率。
    只要分頻器的相位噪聲低于目標相位噪聲,分頻器就可以改善時鐘相位噪聲。分頻時鐘的相位噪聲可以提高約20log10n db,其中n是16、8或4的分頻因子。如果混頻器低時鐘1×_cw的目標相位噪聲在1KHz非載波時為160dbc/hz,則16×_cw的時鐘相位噪聲應優于160-20log1016=136dbc/hz。TI的抖動清洗器LMK048X/CDCM7005/CDCE72010超過此要求,可用于VCA5807。在4x/1x模式中,由于n較小,高質量的輸入時鐘有望達到相同的性能。因此,16X模式是首選模式,因為它降低了系統時鐘設計的相位噪聲要求。此外,相位延遲精度由內部時鐘分頻器和分配電路來規定。在16x操作模式下,由于16x CLK,連續波操作范圍限制為8兆赫。16x時鐘的最大時鐘頻率為128兆赫。在8x、4x和1x模式中,可以支持高達15MHz的高CW信號頻率,但性能降低較小,例如,相噪聲在15MHz時比在2MHz時降低9dB
    隨著系統信道數的增加,時鐘分布變得更加復雜。由于時鐘緩沖器的負載電容增加了一個因數n,因此不建議使用一個時鐘驅動器輸出來驅動多個VCA。因此,時鐘信號的下降和上升時間會降低。多個VCA5807的典型時鐘安排如圖95所示。每個時鐘緩沖輸出驅動一個VCA5807,以實現最佳的信號完整性和最快的轉換速率,即更好的相位噪聲性能。當時鐘相位噪聲不是問題時,泰語是。1×_CW時鐘在32、16、8、4×_CW工作模式下,一個時鐘驅動器輸出可能會激勵一個以上的VCA5807S,但在這種時鐘分配網絡的設計中應特別考慮。在典型的超聲系統中,所有時鐘最好是由同一個時鐘源產生的,例如16×_cw、1×_cw時鐘、音頻ADC時鐘、射頻ADC時鐘、脈沖重復頻率信號、幀時鐘等。通過這樣做,可以最大限度地減少由時鐘異步引起的干擾。

    連續波支持電路
    作為連續波電路設計的一般實踐,同相和正交通道應嚴格對稱,采用匹配良好的布局和高精度的元件。
    在系統中,通常需要額外的帶多極的高通墻壁濾波器(20Hz至500Hz)和低通音頻濾波器(10kHz至100kHz)。由于連續波多普勒信號的范圍從20Hz到20kHz,因此在這個范圍內的噪聲是至關重要的。因此,低噪聲音頻運算放大器適用于構建用于連續波后處理的有源濾波器,即opa1632、opa2211、lme49990、lmh6629或ths4130。更多的過濾器設計技術可以在上找到。TI的主動過濾器設計工具/docs/toolsw/folders/print/filterdesigner.html
    濾波后的音頻連續波I/Q信號由音頻ADC采樣,并由DSP或PC進行處理。盡管連續波信號的頻率在20赫茲到20千赫之間,但更高的采樣率ADC仍然是進一步提取和信噪比增強的首選。由于連續波信號的動態范圍較大,需要高分辨率的ADC(≥16位),如ADS8413(2MSPS/16it/92DBFS SNR)和ADS8472(1MSPS/16bit/95DBFS SNR)。為了實現最佳的I/Q匹配,必須嚴格匹配同相和四次相位通道的ADC,不僅要進行幅度匹配,還要進行相位匹配。此外,同相和正交ADC通道必須同時采樣。
    電源管理
    功率/性能優化

    電源管理優先級
    電源管理對于延長電池壽命和確保長時間運行起著至關重要的作用。VCA5807具有快速靈活的斷電/上電控制功能,可最大限度延長電池壽命。VCA5807可通過外部插腳或內部寄存器斷電/加電。下表顯示了在調用電源管理時受影響的電路塊和優先級。在該設備中,所有的斷電控制邏輯上被“或”運算,以產生不同模塊的最終斷電。因此,高優先級控制可以覆蓋低優先級控制。當VCA5807處于部分斷電模式或完全斷電模式時,VCA5807寄存器設置保持不變。

    部分加電/斷電模式也稱為快速加電/斷電模式。在這種模式下,信號通路中的大多數放大器斷電,而內部參考電路保持激活狀態。
    部分斷電功能允許VCA5807快速從低功耗狀態喚醒。這種配置確保外部電容器放電緩慢,因此只要恢復這些電容器上的電荷,就需要最短的喚醒時間。VCA喚醒響應通常約為2μs或斷電持續時間的1%,以較大者為準。最長的喚醒時間取決于連接在INP和INM的電容器,因為喚醒時間是將電容器充電到所需工作電壓所需的時間。對于0.1μF的inp和15nf的inm,喚醒時間為2.5ms。對于較大的電容器,這一時間將更長。因此,VCA5807喚醒時間更依賴于VCA喚醒時間。斷電時間是瞬時的,小于1微秒。
    這種快速喚醒響應是便攜式超聲波應用的理想選擇,在這種應用中,節能至關重要。
    超聲系統的脈沖重復頻率可以從50kHz到500Hz不等,而成像深度(即接收路徑的激活周期)則從10μs到數百us不等。當系統的PRF較低時,節電效果顯著。在某些情況下,只有VCA斷電,而ADC保持正常運行,以確保對FPGA的影響最小。
    在部分斷電模式下,VCA5807通常僅耗散12.5 mW/ch,與正常工作模式相比,功率降低了80%。此模式可以使用pin pdn_fast或寄存器位vca_partial_pdn設置。
    完全斷電模式
    為了實現0.7mw/ch的最低功耗,VCA5807可置于完全斷電模式。此模式通過寄存器VCA_complete_PDN或PDN_global pin控制。在完全斷電模式下,包括VCA5807內的參考電路在內的所有電路都斷電;連接到VCA5807的電容器放電。喚醒時間取決于為這些電容器充電所需的時間。喚醒時間取決于VCA5807在關機模式下的時間。
    INP為0.1μF,INM為15nF,喚醒時間接近2.5ms。
    連續波模式節能
    通常,在連續波模式下,系統中只有一半的信道處于活動狀態。因此,通過VCA_pdn_ch<7:0>進行單獨的通道控制,可以關閉未使用的通道,大大節省功耗。在CW模式下的默認寄存器設置下,電壓控制衰減器PGA仍處于激活狀態。在調試階段,PW和CW路徑都可以同時運行。在實際操作中,這些模塊需要手動斷電。
    測試模式
    當直接探測VCA輸出不可行時,VCA5807有一個測試模式,在該模式下,CH7和CH8 PGA輸出可被帶到CW管腳。通過監測這些連續波管腳,可以驗證VCA操作的功能。PGA輸出通過5KΩ電阻器連接到求和放大器的虛擬接地端(CW_IP_Ampinm/p、CW_QP_Ampinm/p)。當移除LPF電容器CEXT時,可在求和放大器輸出端監測PGA輸出。注意,總和放大器輸出端的信號由于5KΩ電阻器而衰減。衰減系數為rint/ext/5KΩ。
    如果用戶想在不移除CExt的情況下檢查PGA輸出,另一種方法是在CW求和放大器斷電時,直接測量CW_IP_Ampinm/p和CW_QP_Ampinm/p處的PGA輸出。
    一些寄存器與此測試模式相關。PGA測試模式啟用:REG59[9];緩沖放大器斷電REG59[8];緩沖放大器增益控制REG54[4:0]。根據緩沖放大器的配置,寄存器可以用不同的方式設置:
    配置1:
    在此配置中,測試輸出可以在cw_ampinp/m下進行監控。
    REG59[9]=1;測試模式已啟用
    REG59[8]=0;緩沖放大器斷電
    配置2:
    在這種配置中,測試輸出可以在cw_outp/m處進行監控。
    REG59[9]=1;測試模式已啟用
    REG59[8]=1;緩沖放大器通電
    REG54[4:0]=10h;內部反饋2K電阻已啟用。也可以使用不同的值

    電源、接地和旁路
    在混合信號系統設計中,電源和接地設計起著重要的作用。在大多數情況下,印刷電路板(PCB)的布局應足以使用VCA5807的單一接地平面。應注意,該接地平面應在系統內的不同部分之間正確劃分,以盡量減少模擬電路和數字電路之間的相互作用。此外,光隔離器或數字隔離器(如ISO7240)可將模擬部分與數字部分完全分離。因此,它們可以防止數字噪聲污染模擬部分。
    VCA5807的所有旁路和電源應參考其相應的接地平面。應使用0.1μF陶瓷片電容器(尺寸0603或更小)繞過所有電源插腳。為了使引線和跡線電感最小化,電容器應盡可能靠近電源插腳。如果允許安裝雙面組件,最好將這些電容器直接放置在組件下方。此外,更大的雙極去耦電容器2.2微F至10微F,在較低頻率下有效)也可用于主電源引腳。這些元件可以放置在離VCA5807本身很近的印刷電路板上(<0.5英寸或12.7毫米)。
    VCA5807有許多需要繞過的參考電源,如CM-BYP、VHIGH和VREF-IN。這些引腳應至少繞過1微F;可以使用高值電容器來更好地抑制低頻噪聲。為獲得最佳效果,請選擇低電感陶瓷片電容器(尺寸0402,>1微F),并將其放置在盡可能靠近設備插腳的位置。
    高速混合信號裝置對各種噪聲耦合敏感。噪聲的一個主要來源是來自序列化程序和輸出緩沖區/驅動程序的切換噪聲。對于VCA5807,已注意確保設備內模擬和數字電源之間的交互保持在最小值。數字和模擬部分耦合和傳輸的噪聲程度取決于每個電源和接地連接的有效電感。電源和接地引腳的有效電感越小,噪聲抑制效果越好。因此,使用多個插腳連接每個電源和接地裝置。通過使用適當的平面和層厚,在整個印刷電路板布局設計過程中保持低電感特性是很重要的。
    版面布置
    正確的接地和旁路、短引線長度以及使用接地和電源平面對高頻設計尤為重要。使用VCA5807等高性能設備實現最佳性能需要仔細注意PCB布局,以最小化板寄生的影響并優化組件放置。多層印刷電路板通常確保最佳效果,并允許方便的元件放置。
    此外,對于連續波時鐘路徑,尤其是在信道數較多的系統中,應考慮適當的延遲匹配。例如,如果時鐘延遲是16倍時鐘周期的一半,則可能存在22.5°C的相位誤差。因此,信道間的定時延遲差異有助于波束形成器的精度。
    為了避免通過電源引腳的噪聲耦合,建議保持敏感的輸入引腳,如INM、INP、ACT引腳始終來自AVDD 3.3 V和AVDD 5V平面。例如,連接到這些管腳的記錄道或通孔不應穿過AVDD 3.3 V和AVDD 5V平面。

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