AFE7901 射頻采樣模擬前端（AFE）技術(shù)文檔總結(jié)
該AFE7901是一款高性能、寬帶寬的多通道收發(fā)器，集成了四個(gè)射頻采樣發(fā)射器鏈和四個(gè)射頻采樣接收器鏈。該器件的工作頻率高達(dá) 7.4GHz，可在 L、S 和 C 波段頻率范圍內(nèi)進(jìn)行直接射頻采樣，無(wú)需額外的變頻級(jí)。這種密度和靈活性的提高使高通道數(shù)的多任務(wù)系統(tǒng)成為可能。
TX信號(hào)路徑支持插值和數(shù)字上變頻選項(xiàng)，使用單或雙數(shù)字上變頻器，每條TX路徑可提供高達(dá)400MHz的信號(hào)帶寬。DUC 的輸出驅(qū)動(dòng) 12GSPS DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器），具有混合模式輸出選項(xiàng)，以增強(qiáng)二次奈奎斯特作。DAC輸出包括一個(gè)可變?cè)鲆娣糯笃?/u>（TX DSA），具有40dB范圍和1dB模擬步長(zhǎng)和0.125dB數(shù)字步長(zhǎng)。
每個(gè)接收器鏈包括一個(gè) 25dB 范圍的 DSA（數(shù)字步進(jìn)衰減器），然后是一個(gè) 3GSPS ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）。每個(gè)接收器通道都有一個(gè)模擬峰值功率檢測(cè)器和各種數(shù)字功率檢測(cè)器，以輔助外部或內(nèi)部自主自動(dòng)增益控制器，以及用于器件可靠性保護(hù)的射頻過(guò)載檢測(cè)器。靈活的抽取選項(xiàng)可使用一個(gè)或兩個(gè)數(shù)字下變頻器 （DDC） 優(yōu)化高達(dá) 400MHz 的信號(hào)帶寬。
*附件：afe7901.pdf
特性
- 四通道射頻采樣12GSPS發(fā)射DAC
- 四通道射頻采樣3GSPS接收ADC
- 最大射頻信號(hào)帶寬：400MHz
- 射頻頻率范圍：600MHz - 12GHz
- 數(shù)字步進(jìn)衰減器 （DSA）：
- TX：40dB范圍，0.125dB步長(zhǎng)
- 接收：25dB 范圍，0.5dB 步長(zhǎng)
- 單頻或雙頻 DUC 或 DDC
- 每個(gè) TX 或 RX 16 個(gè) NCO
- 可選內(nèi)部PLL或VCO，用于DAC或ADC時(shí)鐘，或DAC或ADC采樣率的外部時(shí)鐘
- SerDes 數(shù)據(jù)接口：
- 封裝：17mm × 17mm FCBGA，0.8mm 間距
參數(shù)
方框圖
一、產(chǎn)品概述
AFE7901 是一款 4 通道發(fā)射 + 4 通道接收的射頻采樣 AFE，無(wú)需中頻（IF）轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，可直接對(duì) 5MHz7.4GHz 的射頻信號(hào)進(jìn)行采樣處理，覆蓋 L 波段、S 波段、C 波段等關(guān)鍵頻段。器件采用 17mm×17mm 400 引腳 FCBGA 封裝，工作溫度范圍 - 40°C85°C（結(jié)溫最高 110°C），核心優(yōu)勢(shì)在于 多通道集成度 （單芯片實(shí)現(xiàn) 4T4R）、 寬頻帶與高采樣性能 ，以及支持靈活的數(shù)字信號(hào)處理（如上下變頻、濾波），可簡(jiǎn)化多通道雷達(dá)、多標(biāo)準(zhǔn)通信設(shè)備的前端設(shè)計(jì)。
二、核心特性
1. 發(fā)射（TX）鏈路特性
- DAC 性能 ：集成 4 路射頻采樣 DAC，最高采樣速率 12GSPS，分辨率 14 位；支持 1st/2nd 奈奎斯特區(qū)輸出，6GHz 以下采用 PLL 時(shí)鐘模式，6GHz 以上采用外部時(shí)鐘模式，適配不同頻段需求。
- 信號(hào)處理 ：每路 TX 配備 1 個(gè) / 2 個(gè)數(shù)字上變頻器（DUC），支持最高 16 倍插值，單通道信號(hào)帶寬最高 400MHz；集成可編程數(shù)字步進(jìn)衰減器（DSA），衰減范圍 40dB，步進(jìn)精度 0.125dB，可精準(zhǔn)調(diào)節(jié)輸出功率。
- 輸出性能 ：滿量程輸出功率（典型值）隨頻率變化，如 30MHz 時(shí) 6.5dBm、3.5GHz 時(shí) 2.9dBm；3 次互調(diào)失真（IMD3）優(yōu)異，2.6GHz 雙音輸入（每音 - 7dBFS）時(shí) IMD3 低至 - 64dBc；無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）在 850MHz 時(shí)達(dá) 62dBc，信號(hào)純凈度高。
2. 接收（RX）鏈路特性
- ADC 性能 ：集成 4 路射頻采樣 ADC，最高采樣速率 3GSPS，分辨率 14 位；輸入頻率范圍 5MHz~7.4GHz，-3dB 帶寬覆蓋寬頻信號(hào)，無(wú)需額外抗混疊濾波設(shè)計(jì)。
- 信號(hào)處理 ：每路 RX 配備 1 個(gè) / 2 個(gè)數(shù)字下變頻器（DDC），支持最高 32 倍抽取，單通道信號(hào)帶寬最高 400MHz；集成 25dB 范圍 DSA，步進(jìn)精度 0.5dB，配合模擬 / 數(shù)字功率檢測(cè)器，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制（AGC）；具備 RF 過(guò)載檢測(cè)器，保護(hù)器件免受高功率信號(hào)損壞。
- 接收性能 ：噪聲基底（NSD）優(yōu)異，830MHz 輸入時(shí)典型值 - 156.2dBFS/Hz；噪聲系數(shù)（NF）在 410MHz 時(shí)最低 19.3dB；3 次互調(diào)失真（IMD3）在 1.76GHz 雙音輸入時(shí)低至 - 84dBc，弱信號(hào)捕獲能力強(qiáng)。
3. 時(shí)鐘與同步特性
- 時(shí)鐘管理 ：內(nèi)置 PLL/VCO 模塊，支持內(nèi)部時(shí)鐘生成（參考時(shí)鐘輸入最高 491.52MHz）或外部時(shí)鐘輸入（最高 12GHz）；時(shí)鐘占空比校正功能可自適應(yīng) 30%~70% 的外部時(shí)鐘偏差，確保采樣時(shí)序穩(wěn)定。
- 多設(shè)備同步 ：支持 JESD204B/C 接口 Subclass 1 同步，通過(guò) SYSREF 信號(hào)實(shí)現(xiàn)多設(shè)備確定性延遲；集成 SYSREF 對(duì)齊檢測(cè)器，可自動(dòng)優(yōu)化同步時(shí)序，簡(jiǎn)化多芯片級(jí)聯(lián)（如雷達(dá)天線陣）設(shè)計(jì)。
4. 高速接口特性
- JESD204B/C 接口 ：配備 8 路 SerDes 收發(fā)器，每路最高速率 29.5Gbps，兼容 8b/10b（JESD204B）與 64b/66B（JESD204C）編碼，支持前向糾錯(cuò)（FEC），提升遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼性能。
- 控制接口 ：包含 SPI 接口（用于寄存器配置，如模式選擇、衰減器參數(shù)）、GPIO 接口（支持時(shí)序同步、狀態(tài)指示，如 SYNC 信號(hào)、過(guò) range 告警）；支持 JTAG 測(cè)試模式，便于生產(chǎn)調(diào)試。
三、工作模式與功能配置
1. 核心工作模式
AFE7901 通過(guò)寄存器配置實(shí)現(xiàn)多場(chǎng)景適配，核心模式圍繞 TX/RX 的變頻、插值 / 抽取及通道協(xié)同設(shè)計(jì)，關(guān)鍵模式如下表：
| 模式類(lèi)型 | 關(guān)鍵參數(shù)（示例） | 適用場(chǎng)景 |
|---|---|---|
| TX 單 / 雙波段 DUC 模式 | 單 DUC：16 倍插值，400MHz 帶寬；雙 DUC：雙頻段并行處理，適配多標(biāo)準(zhǔn)通信 | 多頻段發(fā)射（如多制式基站） |
| RX 單 / 雙波段 DDC 模式 | 單 DDC：32 倍抽取，400MHz 帶寬；雙 DDC：雙頻段信號(hào)并行接收，簡(jiǎn)化多頻段監(jiān)測(cè) | 多頻段接收（如電子戰(zhàn)信號(hào)截獲） |
| 4T4R 協(xié)同模式 | 4 路 TX+4 路 RX 同步工作，支持 TDD（時(shí)分雙工）/FDD（頻分雙工），SerDes 速率 20Gbps | 多通道雷達(dá)、MIMO 通信 |
| 睡眠模式 | SLEEP 引腳置高，總功耗降至約 1W（典型值），保留核心供電，喚醒速度快 | 低功耗待機(jī)場(chǎng)景（如戰(zhàn)術(shù)設(shè)備） |
2. 校準(zhǔn)與補(bǔ)償功能
- 衰減器校準(zhǔn) ：支持 DSA 校準(zhǔn)（前景校準(zhǔn)），校準(zhǔn)后衰減步進(jìn)精度提升，如 TX DSA 差分增益誤差（DNL）降至 ±0.2dB，確保多通道功率一致性。
- 失真補(bǔ)償 ：TX/RX 均支持諧波失真（HD2/HD3）校準(zhǔn)，通過(guò)寄存器配置 trim 參數(shù)，如 RX HD2 校準(zhǔn)后在 800MHz 時(shí)低至 - 79dBc，減少信號(hào)失真。
- 時(shí)序校準(zhǔn) ：支持 SYSREF 自動(dòng)校準(zhǔn)，優(yōu)化多設(shè)備同步時(shí)序；ADC/DAC 采樣時(shí)序可微調(diào)，補(bǔ)償溫度 / 電壓變化導(dǎo)致的延遲偏差。
四、電氣特性
1. 直流特性（典型值，TA=25°C）
| 參數(shù) | 測(cè)試條件 | 典型值 | 單位 |
|---|---|---|---|
| 電源電壓 | DVDD0P9/VDDT0P9（數(shù)字） | 0.925 | V |
| VDD1P2RX/TXCLK（模擬 / 數(shù)字） | 1.2 | V | |
| VDD1P8RX/TX（模擬） | 1.8 | V | |
| 電源電流 | 模式 1（4T4R TDD，TX 占比 75%） | 5196 | mW（功耗） |
| 睡眠模式 | 1004 | mW（功耗） | |
| 帶隙基準(zhǔn)電壓 | V_BG 引腳輸出，負(fù)載電流≤100μA | 1.1 | V |
2. 交流特性（典型值，TA=25°C）
| 參數(shù) | 測(cè)試條件（TX：f_DAC=12GSPS；RX：f_ADC=3GSPS） | 典型值 | 單位 |
|---|---|---|---|
| TX SFDR | f_OUT=850MHz，-1dBFS 輸入 | 62 | dBc |
| RX NSD | f_IN=830MHz，DSA=3dB | -156.2 | dBFS/Hz |
| RX IMD3 | f_IN=1.76GHz，雙音 - 7dBFS | -84 | dBc |
| SerDes 速率 | 全速率模式 | 19~29.5 | Gbps |
五、封裝與引腳配置
1. 封裝規(guī)格
- 尺寸與材質(zhì) ：17mm×17mm FCBGA 封裝，引腳間距 0.8mm，底部裸露熱焊盤(pán)（需焊接至 PCB 接地平面優(yōu)化散熱）；焊球材質(zhì)可選無(wú)鉛（SnAgCu，符合 RoHS）或含鉛（SnPb），適配不同合規(guī)需求。
- 熱特性 ：結(jié)到環(huán)境熱阻（RθJA）16.2°C/W，結(jié)到板熱阻（RθJB）4.85°C/W，需設(shè)計(jì)合理 PCB 散熱路徑（如大面積接地、散熱過(guò)孔），避免結(jié)溫超上限。
2. 關(guān)鍵引腳功能
器件引腳分為 RF 接口、時(shí)鐘接口、SerDes 接口、電源與控制接口，核心引腳如下表：
| 引腳類(lèi)型 | 引腳名稱(chēng) | 功能描述 |
|---|---|---|
| RF 輸入（RX） | 1RXIN±~4RXIN± | 4 路 RX 差分射頻輸入，未使用時(shí)可懸空，建議匹配 100Ω 阻抗 |
| RF 輸出（TX） | 1TXOUT±~4TXOUT± | 4 路 TX 差分射頻輸出，未使用時(shí)需接 1.8V，避免信號(hào)反射 |
| 時(shí)鐘接口 | REFCLK± | 差分參考時(shí)鐘輸入（最高 491.52MHz），AC 耦合 |
| SYSREF± | 差分同步信號(hào)輸入，用于多設(shè)備同步，支持 100Ω 內(nèi)部端接 | |
| SerDes 接口 | 1SRX±~8SRX± | 8 路 SerDes 接收差分輸入，未使用時(shí)可懸空 |
| 1STX±~8STX± | 8 路 SerDes 發(fā)送差分輸出，未使用時(shí)可懸空 | |
| 控制接口 | RESETZ | 復(fù)位引腳（低有效），復(fù)位后寄存器恢復(fù)默認(rèn)值 |
| SPIACLK/SPIASDIO | SPI 接口時(shí)鐘 / 數(shù)據(jù)，用于配置寄存器（如 DSA 衰減值、DUC 參數(shù)） |
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