AFE7951是一款高性能、寬帶寬的多通道收發(fā)器，集成了四個射頻采樣發(fā)射器鏈和四個射頻采樣接收器鏈。該器件的工作頻率高達(dá) 12GHz，可在 L、S、C 和 X 波段頻率范圍內(nèi)進(jìn)行直接射頻采樣，而無需額外的變頻級。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。
*附件：afe7951.pdf

TX 信號路徑支持插值和數(shù)字上變頻選項，每個 TX 通道可提供高達(dá) 400 MHz 的信號帶寬。DUC 的輸出驅(qū)動 12GSPS DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器），具有混合模式輸出選項，以增強(qiáng)二次奈奎斯特作。DAC輸出包括一個可變增益放大器（TX DSA），具有40dB范圍和1dB模擬步長和0.125dB數(shù)字步長。

每個接收器鏈包括一個 25dB 范圍的 DSA（數(shù)字步進(jìn)衰減器），然后是一個 3GSPS ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）。每個接收器通道都有一個模擬峰值功率檢測器和各種數(shù)字功率檢測器，以輔助外部或內(nèi)部自主自動增益控制器，以及用于器件可靠性保護(hù)的射頻過載檢測器。靈活的抽取選項可優(yōu)化每個 RX 通道高達(dá) 400MHz 的信號帶寬。

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
  • 接收：25dB 范圍，0.5dB 步長
• 單頻或雙頻 DUC 或 DDC
• 每個 TX 或 RX 16 個 NCO
• 可選內(nèi)部PLL或VCO，用于DAC或ADC時鐘，或DAC或ADC采樣率的外部時鐘
• SerDes 數(shù)據(jù)接口：
  • JESD204B和JESD204C兼容
  • 8 個高達(dá) 29.5Gbps 的 SerDes 收發(fā)器
  • 子類 1 多設(shè)備同步
• 封裝：17mm × 17mm FCBGA，0.8mm 間距

參數(shù)

方框圖

一、產(chǎn)品概述

AFE7951 是一款高度集成的多通道射頻采樣 AFE，采用 17mm×17mm 400 引腳 FCBGA 封裝（0.8mm 引腳間距），可覆蓋600MHz~12GHz 射頻頻率范圍，支持 L、S、C、X 頻段直接采樣。器件集成 4 路發(fā)射鏈與 4 路接收鏈，每路發(fā)射鏈含 12GSPS DAC，每路接收鏈含 3GSPS ADC，最大射頻信號帶寬達(dá) 400MHz，能滿足高通道數(shù)、多任務(wù)系統(tǒng)對密度與靈活性的需求，典型應(yīng)用包括雷達(dá)、導(dǎo)引頭前端、國防無線電、戰(zhàn)術(shù)通信基礎(chǔ)設(shè)施及無線通信測試設(shè)備。

二、核心特性

1. 高性能射頻收發(fā)能力

（1）發(fā)射端（TX）核心參數(shù)

• DAC 性能 ：4 路 12GSPS 射頻采樣 DAC，支持 1st/2nd 奈奎斯特區(qū)工作，混合模式輸出優(yōu)化 2nd 奈奎斯特性能；集成 40dB 量程數(shù)字步進(jìn)衰減器（DSA） ，支持 0.125dB 精細(xì)步進(jìn)，滿足不同功率調(diào)節(jié)需求。
• 信號處理 ：每路 TX 含數(shù)字上變頻器（DUC），支持單頻段 / 雙頻段配置，16 個數(shù)控振蕩器（NCO），可實現(xiàn)插值與頻率搬移，單通道最大信號帶寬 400MHz；支持 Sin (x)/x 補(bǔ)償，降低信號失真。
• 動態(tài)性能 （典型值，TA=25°C）：
  • 三階交調(diào)失真（IMD3）：850MHz 時 - 66dBc（-7dBFS 雙音輸入），9.6GHz 時 - 52dBc；
  • 無雜散動態(tài)范圍（SFDR）：850MHz 時 86.5dBc，4.9GHz 時 76dBc；
  • 噪聲譜密度（NSD）：20MHz 偏移時 - 157.6dBFS/Hz（850MHz，-13dBFS 輸出）。

（2）接收端（RX）核心參數(shù)

• ADC 性能 ：4 路 3GSPS 射頻采樣 ADC，14 位分辨率，集成 25dB 量程 DSA ，支持 0.5dB 步進(jìn)，適配不同強(qiáng)度輸入信號；每路 RX 含模擬峰值功率檢測器、數(shù)字功率檢測器，輔助自動增益控制（AGC），并具備 RF 過載檢測功能，保護(hù)器件可靠性。
• 信號處理 ：每路 RX 含數(shù)字下變頻器（DDC），支持抽取優(yōu)化，單通道最大信號帶寬 400MHz，16 個 NCO 實現(xiàn)頻率搬移與信號篩選。
• 動態(tài)性能 （典型值，TA=25°C）：
  • 噪聲譜密度（NSD）：830MHz 時 - 155.2dBFS/Hz（DSA=3dB），9.6GHz 時 - 144dBFS/Hz；
  • 噪聲系數(shù)（NF）：830MHz 時 19.1dB（DSA=0~3dB），9.6GHz 時 30dB；
  • 三階交調(diào)失真（IMD3）：830MHz 時 - 82.4dBc（-7dBFS 雙音輸入），8.1GHz 時 - 55dBc。

2. 靈活的時鐘與同步能力

• 時鐘方案 ：支持內(nèi)部 PLL/VCO 或外部時鐘驅(qū)動 DAC/ADC，內(nèi)部 PLL 支持 4 路 VCO（頻率范圍 7.212.08GHz），時鐘分頻器（DAC 分頻比 1/2/3，ADC 分頻比 1/2/3/4/6/8）適配不同采樣率需求；參考時鐘輸入頻率 0.112GHz，支持差分時鐘輸入（REFCLK±、SYSREF±）。
• 多器件同步 ：支持 JESD204B/C 子類 1（Subclass 1）多器件同步，通過 SYSREF 信號實現(xiàn)多 AFE7951 時鐘與數(shù)據(jù)同步，滿足多通道系統(tǒng)相位一致性要求。

3. 高速數(shù)據(jù)接口與可靠性

• SerDes 接口 ：8 路 SerDes 收發(fā)器，速率最高 29.5Gbps，支持全速率（1929.5Gbps）、半速率（9.516.25Gbps）、1/4 速率（4.75~8.125Gbps）模式，兼容 JESD204B/C 協(xié)議，內(nèi)部集成 100Ω 差分終端，插入損耗容忍度 25dB。
• 環(huán)境可靠性 ：結(jié)溫范圍 - 40°C110°C（推薦工作）、-65°C150°C（存儲）；熱特性優(yōu)異，結(jié)到環(huán)境熱阻（RθJA）16.2°C/W，結(jié)到板熱阻（RθJB）4.85°C/W，需配合 PCB 散熱設(shè)計（如散熱過孔）避免過熱。

三、功能架構(gòu)與工作原理

1. 核心架構(gòu)

AFE7951 采用 “數(shù)字信號處理 - 射頻轉(zhuǎn)換 - 模擬信號調(diào)理” 三段式架構(gòu)，分為發(fā)射鏈、接收鏈、時鐘與控制三大模塊：

• 發(fā)射鏈（TX） ：數(shù)字信號經(jīng) JESD204B/C 接口輸入→DUC 實現(xiàn)插值與上變頻→12GSPS DAC 轉(zhuǎn)換為模擬信號→DSA 調(diào)節(jié)功率→射頻輸出（TXOUT±），支持混合模式輸出優(yōu)化高頻率段性能。
• 接收鏈（RX） ：射頻輸入（RXIN±）→DSA 衰減→緩沖采樣保持（Buffer SHA）→3GSPS ADC 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號→DDC 實現(xiàn)抽取與下變頻→JESD204B/C 接口輸出，集成功率檢測與過載保護(hù)。
• 時鐘與控制 ：內(nèi)部 PLL/VCO 生成 DAC/ADC 時鐘，或外部時鐘直接輸入；通過 SPI 接口配置寄存器，GPIO 支持同步控制、AGC 旁路等功能，NVM 存儲關(guān)鍵配置實現(xiàn)上電自動加載。

2. 關(guān)鍵工作模式

• 單頻段 / 雙頻段模式 ：TX/RX 均支持單頻段或雙頻段 DUC/DDC 配置，雙頻段模式可同時處理兩個不同頻段信號，提升系統(tǒng)多任務(wù)能力。
• 奈奎斯特區(qū)選擇 ：DAC 支持 1st 奈奎斯特區(qū)（低頻率段）交織模式、2nd 奈奎斯特區(qū)（高頻率段）非交織混合模式，ADC 同理，適配不同射頻頻段需求。
• 低功耗模式 ：支持睡眠模式（SLEEP 引腳拉高），降低待機(jī)功耗，適用于間歇工作場景。

四、電氣特性

1. 電源與電流特性

器件需多組電源供電，典型工作電壓包括 1.8V（模擬 / 數(shù)字）、1.2V（PLL/ADC/DAC 時鐘）、0.9V（數(shù)字核心），不同工作模式下功耗差異較大：

• 模式 1（4T4R-TDD，TX 占空比 75%，RX 占空比 25%） ：總功耗約 5446mW，其中 0.9V 電源電流 2001mA，1.2V 電源電流 1151mA，1.8V 電源電流（含多組）約 1229mA；
• 模式 2（4T4R-FDD，雙頻段） ：總功耗約 9041mW，0.9V 電源電流 3311mA，1.2V 電源電流 2109mA。

2. 射頻輸入輸出特性

• 阻抗匹配 ：TX/RX 射頻接口均為差分 50Ω，未使用的 TX 輸出需接 1.8V，未使用的 RX 輸入可懸空；
• 回波損耗 ：TX 輸出回波損耗（S22）<6GHz 時 - 17dB，>8GHz 時 - 10dB；RX 輸入回波損耗（S11）-12dB（匹配網(wǎng)絡(luò)下）；
• 隔離度 ：相鄰 TX 通道隔離度 900MHz 時 - 49dB，4.9GHz 時 - 60dB；TX 與 RX 通道隔離度 830MHz 時 - 76.6dB，確保通道間干擾最小。

五、引腳配置與封裝

1. 封裝規(guī)格

• 物理參數(shù) ：17mm×17mm FCBGA 封裝，400 引腳，引腳間距 0.8mm，最大高度 0.8mm；底部裸露熱焊盤需焊接至 AGND，配合 4~6 個 0.3mm 孔徑散熱過孔，優(yōu)化散熱與機(jī)械穩(wěn)定性；
• 可靠性 ：符合無鉛焊接要求，MSL 等級 3（260°C 峰值回流焊，開封后 168 小時存儲），引腳鍍層為鎳鈀金（NIPDAU）。

2. 關(guān)鍵引腳分類

器件引腳按功能分為射頻接口、時鐘接口、SerDes 接口、電源與控制接口，核心引腳功能如下：

六、典型應(yīng)用與設(shè)計建議

1. 典型應(yīng)用場景

• 雷達(dá)系統(tǒng) ：4T4R 通道支持相控陣?yán)走_(dá)波束成形，12GSPS DAC 與 3GSPS ADC 實現(xiàn)寬頻段目標(biāo)探測，DSA 精細(xì)調(diào)節(jié)發(fā)射功率，NCO 實現(xiàn)多目標(biāo)頻率跟蹤；
• 國防通信 ：600MHz~12GHz 寬頻段覆蓋戰(zhàn)術(shù)電臺需求，JESD204C 高速接口確保大數(shù)據(jù)量傳輸，多器件同步支持多節(jié)點組網(wǎng)；
• 無線通信測試 ：400MHz 帶寬與高動態(tài)性能，可模擬多頻段射頻信號，用于基站、終端設(shè)備的性能測試。

2. 設(shè)計建議

（1）電源與時鐘設(shè)計

• 電源布局 ：多組電源需獨立布線，模擬電源（如 VDD1P8TX）與數(shù)字電源（如 DVDD0P9）單點接地，避免串?dāng)_；每組電源就近并 0.1μF 陶瓷電容 + 1μF 鉭電容（低 ESR），確保供電穩(wěn)定。
• 時鐘優(yōu)化 ：REFCLK± 與 SYSREF± 采用差分布線，長度匹配（誤差 < 5mm），遠(yuǎn)離數(shù)字信號線；外部時鐘源需低相位噪聲（如 TI LMX2594），避免影響 DAC/ADC 動態(tài)性能。

（2）射頻接口設(shè)計

• 阻抗匹配 ：TX/RX 射頻路徑采用 50Ω 微帶線，參考平面連續(xù)，避免過孔與拐角突變；使用差分匹配網(wǎng)絡(luò)（如 λ/4 阻抗變換器），確?；夭〒p耗 <-10dB。
• 隔離設(shè)計 ：TX 與 RX 區(qū)域嚴(yán)格分區(qū)，爬電距離≥8.5mm（高電壓場景），減少串?dāng)_；未使用的射頻引腳按規(guī)格處理（TX 接 1.8V，RX 懸空）。

（3）PCB 布局與散熱

• 分區(qū)布局 ：將射頻區(qū)、數(shù)字區(qū)、電源區(qū)分開，射頻信號路徑最短（<20mm），遠(yuǎn)離時鐘與 SerDes 接口；AGND 與 DGND 單點連接，減少地彈噪聲。
• 散熱設(shè)計 ：FCBGA 裸露熱焊盤與 AGND 平面大面積連接，添加 4~6 個 0.3mm 散熱過孔，配合 PCB 散熱銅皮，確保結(jié)溫不超過 110°C（推薦）/150°C（上限）。