ZHCUCO0 December   2024

 

  1.   1
  2.   说明
  3.   资源
  4.   特性
  5.   应用
  6.   6
  7. 1系统说明
    1. 1.1 主要系统规格
  8. 2系统概述
    1. 2.1 方框图
    2. 2.2 设计注意事项
      1. 2.2.1 小巧紧凑的尺寸
      2. 2.2.2 无变压器设计
    3. 2.3 重点产品
      1. 2.3.1  BQ25790 IIC 控制型、1-4 节电池、5A 降压/升压模式电池充电器
      2. 2.3.2  TPS3422 具有可配置延迟的低功耗按钮控制器
      3. 2.3.3  SN74LVC1G74 具有清零和预设功能的单路上升沿触发式 D 类触发器
      4. 2.3.4  TPS259470 2.7V 至 23V、5.5A、28mΩ 真正的反向电流阻断电子保险丝
      5. 2.3.5  TPS54218 2.95V 至 6V 输入、2A 同步降压 SWIFT 转换器
      6. 2.3.6  TPS54318 2.95V 至 6V 输入、3A 同步降压 SWIFT 转换器
      7. 2.3.7  LM5158 2.2MHz、宽 VIN、85V 输出升压、SEPIC 或反激式转换器
      8. 2.3.8  TPS61178 具备负载断开功能的 20V 完全集成式同步升压
      9. 2.3.9  采用 3.8mm × 3mm 封装的 LMZM23601 36V、1A 降压 DC-DC 电源模块
      10. 2.3.10 TPS7A39 双路、150mA、宽 VIN、正负低压降 (LDO) 电压稳压器
      11. 2.3.11 TPS74401 具有可编程软启动功能的 3.0A 超低压降稳压器
      12. 2.3.12 TPS7A96 2A 超低噪声、超高 PSRR RF 稳压器
      13. 2.3.13 LM3880 具有固定延时时间的三电源导轨简单电源序列发生器
      14. 2.3.14 具有非易失性内存的 DAC53401 10 位电压输出 DAC
      15. 2.3.15 INA231 具有警报功能、采用 WCSP 封装的 28V 16 位 I2C 输出电流、电压和功率监控器
  9. 3系统设计原理
    1. 3.1 输入段
      1. 3.1.1 降压/升压充电器
      2. 3.1.2 电源开启或关闭
    2. 3.2 基于高压电源的 SEPIC 和 Cuk 设计
      1. 3.2.1 SEPIC 和 Cuk 转换器的基本操作原则
      2. 3.2.2 采用具有 SEPIC 和 Cuk 的非耦合电感器的双路高压电源设计
        1. 3.2.2.1 占空比
        2. 3.2.2.2 电感器选型
        3. 3.2.2.3 功率 MOSFET 验证
        4. 3.2.2.4 输出二极管选型
        5. 3.2.2.5 耦合电容器选型
        6. 3.2.2.6 输出电容器选型
        7. 3.2.2.7 输入电容器选型
        8. 3.2.2.8 使用可调节函数对输出电压进行编程
    3. 3.3 设计低压电源
      1. 3.3.1 通过 WEBENCH Power Designer 设计 TPS54218
      2. 3.3.2 ±5V 传输电源生成
    4. 3.4 系统时钟同步
    5. 3.5 电源和数据输出连接器
    6. 3.6 系统电流和功率监控
  10. 4硬件、测试要求和测试结果
    1. 4.1 硬件要求
    2. 4.2 测试设置
    3. 4.3 测试结果
      1. 4.3.1 效率测试结果
      2. 4.3.2 线路调整测试结果
      3. 4.3.3 频谱测试结果
  11. 5设计和文档支持
    1. 5.1 设计文件
      1. 5.1.1 原理图
      2. 5.1.2 BOM
      3. 5.1.3 PCB 布局建议
        1. 5.1.3.1 高压电源布局
    2. 5.2 工具与软件
    3. 5.3 文档支持
    4. 5.4 支持资源
    5. 5.5 商标

2 系统概述

手持式超声系统越来越受到关注，这些系统有助于最大限度地提高患者护理点支持和诊断的效果。传统超声系统通常采用推车式设计，集成更多通道，以实现更高的性能和出色的图像质量。

无论是在功耗还是尺寸方面，超声模拟前端和发送器芯片都降低了 80% 以上。这些技术进步使得更高通道集成和最低功耗成为可能，而这正是便携式手持探头的关键需求，因为此类探头通常由电池供电（1S、2S）。系统中更高数量的接收和发射通道有助于提升图像分辨率。图 2-1 展示了 16 通道、32 通道和 64 通道系统在图像质量方面的差异。由于便携式超声系统在功耗和尺寸上的限制，目前市场上的大多数系统通常集成 16 或 32 通道的接收器和发射器。高压 MUX 用于激励 128 个传感器元件；请参阅 图 2-2。现有设计的一些局限性包括：由于仅配备 16 通道接收器，导致图像质量较低；以及由于通道数量有限，成像时间较长，导致帧率较低。本参考设计提出了一种设计，包含了 TI 高性能 128 通道 TX 和 64 通道 RX 超声智能探头设计的完整电源设计。本参考设计也可以通过一些更新，用于为大多数超声智能探头供电。

TIDA-010269 通道集成对图像分辨率和质量的影响图 2-1 通道集成对图像分辨率和质量的影响
TIDA-010269 16 通道系统图 2-2 16 通道系统

为了实现目标面积，所有电源都布置在另一块 PCB 上，并通过连接器与 RX + TX 板垂直堆叠。将电源放置在单独 PCB 上的另一个优点是，这种安排可以增加电源开关噪声与敏感接收器和发射器设备之间的隔离。此电源板从 USB Type-C 5V 提供总共八种不同的电源（包括 ±75V），并具有最大可提供 15W 峰值功率的能力。通常情况下，采用 TI 的 CDC 系列或 LMK 系列时钟缓冲器为系统生成同步时钟。这种方法会导致更高的功耗并占用额外的电路板空间。在该建议设计中，为了降低功耗并节省布板空间，FPGA 用于为所有芯片提供时钟信号。电源板需要八个时钟信号进行同步。在超声系统中，发射器仅在 1% 的成像持续时间内处于活动状态。在剩余时间内，接收器器件会接收回波，以形成完整的图像。基于相同的概念，发射器设备也仅在 1% 的时间内处于活动状态，这进一步减少了时钟功耗。发射器接收的低压差分信号 (LVDS) 在 99% 的时间内被设置为三态模式。在三态模式下，LVDS 缓冲器的功耗为 111mW/通道，使得时钟方案的总功耗为 213mW。相比于传统时钟方案功耗超过 500mW 的情况，这一方案在功耗上有所改进。