AFE11612-SEP是一款高度集成的模擬監(jiān)控設(shè)備，專為高密度、通用監(jiān)控系統(tǒng)而設(shè)計。該器件包括 12 個 12 位數(shù)模轉(zhuǎn)換器 （DAC） 和一個 16 通道、12 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC）。該器件還集成了八個通用輸入和輸出 （GPIO）、兩個遠程溫度傳感器通道和一個本地溫度傳感器通道。
*附件：afe11612-sep.pdf

該器件具有一個內(nèi)部2.5 V基準電壓源，可將DAC設(shè)置為0 V至5 V的輸出電壓范圍。該器件還支持從外部基準電壓源進行作。該器件支持通過SPI兼容和I 2C兼容接口進行通信。

該器件的高集成度顯著減少了元件數(shù)量并簡化了閉環(huán)系統(tǒng)設(shè)計，因此該器件是輻射耐受性和電路板空間至關(guān)重要的高密度應(yīng)用的絕佳選擇。

特性

• 耐輻射性：
  • 單事件閂鎖 （SEL） 免疫高達 125°C 時 LET = 43 MeV-cm 2/mg
  • 單事件功能中斷 （SEFI） 表征高達 LET = 43 MeV-cm 2/mg
  • 總電離劑量 （TID） RLAT/RHA 表征高達 20 krad（Si）
• 空間增強塑料（太空 EP）：
  • 符合 ASTM E595 釋氣規(guī)范
  • 供應(yīng)商項目圖紙 （VID） V62/22614
  • 軍用溫度范圍：–55°C 至 +125°C
  • 一個制造、組裝和測試站點
  • 金鍵合絲，NiPdAu 引線表面處理
  • 晶圓批次可追溯性
  • 延長產(chǎn)品生命周期
• 12 個單調(diào) 12 位 DAC
  • 0 V 至 5 V 輸出范圍
  • DAC關(guān)斷至用戶定義電平
• 16 輸入 12 位 SAR ADC
  • 高采樣率：500 kSPS
  • 16 個單端輸入或 2 個差分輸入和 12 個單端輸入
  • 可編程超出范圍警報
• 八個 GPIO 引腳
• 內(nèi)部2.5V基準電壓源
• 兩個遠程溫度傳感器
• 內(nèi)部溫度傳感器
• 可配置的SPI和I 2C接口
  • 2.7V 至 5.5V 工作電壓

參數(shù)

方框圖

一、產(chǎn)品概述

AFE11612-SEP 是一款高集成度模擬監(jiān)測與控制芯片，核心定位是在輻射環(huán)境下實現(xiàn)電壓、電流、溫度的精準采集與數(shù)字控制，同時通過高集成度減少外圍器件數(shù)量，簡化高可靠性系統(tǒng)設(shè)計。

1. 核心定位與關(guān)鍵特性

• 輻射耐受能力 ：單粒子鎖定（SEL）免疫能力達 LET=43 MeV-cm2/mg（125℃），單粒子功能中斷（SEFI）特性達 LET=43 MeV-cm2/mg，總電離劑量（TID）耐受達 20 krad (Si)，滿足航天級輻射環(huán)境要求；
• 封裝與可靠性 ：采用 10mm×10mm 64 引腳 HTQFP（PAP 封裝），符合 ASTM E595 釋氣標準，鎳鈀金（NiPdAu）引腳鍍層，金鍵合線，支持晶圓批次追溯，產(chǎn)品生命周期長；
• 工作環(huán)境 ：軍工級溫度范圍 - 55℃+125℃，供電電壓 2.7V5.5V，適配極端溫濕度與供電波動場景。

2. 基礎(chǔ)參數(shù)總覽

二、核心功能與性能

1. 多通道信號采集系統(tǒng)

（1）16 通道 12 位 SAR ADC

專為寬范圍模擬信號采集設(shè)計，支持單端與差分輸入，適配電壓、電流等多類型信號：

• 性能參數(shù) ：
  • 分辨率：12 位，差分非線性（DNL）±1 LSB，積分非線性（INL）±1 LSB，確保采集精度；
  • 采樣速率：最高 500 kSPS（單通道自動模式），支持直接模式（單次轉(zhuǎn)換）與自動模式（連續(xù)轉(zhuǎn)換）；
  • 輸入范圍：單端模式 0VREF/02×VREF，差分模式 ±VREF/±2×VREF（VREF=2.5V 時，對應(yīng) 02.5V/05V、±2.5V/±5V）；
  • 共模抑制比（CMRR）：直流下 67 dB，減少共模噪聲干擾。
• 輸入配置靈活性 ：
  • 16 路輸入中，CH0CH3 可配置為 2 路差分 + 12 路單端，CH4CH15 固定為單端輸入；
  • 支持可編程采樣速率（62.5 kSPS~500 kSPS），可通過 “休眠模式（Nap Mode）” 降低采樣間隔期功耗。

（2）12 通道 12 位 DAC

提供精準數(shù)字到模擬信號轉(zhuǎn)換，支持輸出清零與同步更新，適配模擬控制場景：

• 性能參數(shù) ：
  • 分辨率：12 位，單調(diào)性保證，微分非線性（DNL）±1 LSB，積分非線性（INL）±1.25 LSB；
  • 輸出范圍：0V~5V（基于內(nèi)置 2.5V 基準，增益固定為 2），負載電流源模式 10mA（距電源 200mV 內(nèi)）、灌電流模式 - 10mA（距地 300mV 內(nèi)）；
  • 動態(tài)性能：輸出電壓建立時間 3μs（RL=2kΩ、CL=200pF），壓擺率 1.5V/μs，低頻噪聲（0.1Hz~10Hz）8μVpp。
• 關(guān)鍵功能 ：
  • 雙緩沖設(shè)計：DAC 數(shù)據(jù)寄存器與鎖存器分離，支持多 DAC 同步更新（通過 ILDAC 信號觸發(fā)）；
  • 清零控制：支持硬件（DAC-CLR-0/1 引腳）、軟件（寄存器）、報警觸發(fā)三種清零方式，清零后輸出預(yù)設(shè)電平（可配置），保障故障時系統(tǒng)安全。

（3）溫度傳感系統(tǒng)

覆蓋芯片內(nèi)部與外部環(huán)境溫度監(jiān)測，適配高可靠性系統(tǒng)熱管理需求：

• 內(nèi)部溫度傳感器（LT） ：
  • 精度：-55℃~+125℃范圍內(nèi) ±4.5℃，0℃~+100℃范圍內(nèi) ±1.5℃，分辨率 0.125℃；
  • 轉(zhuǎn)換速率：15ms / 次（遠程傳感器禁用時），支持溫度超限報警（高 / 低閾值可編程）。
• 遠程溫度傳感器（D1/D2） ：
  • 適配器件：支持 2N3904/2N3906 等離散晶體管或處理器內(nèi)置襯底晶體管，通過 D+/D - 引腳采集；
  • 性能：-55℃~+125℃范圍內(nèi) ±6℃，0℃~+100℃范圍內(nèi) ±1.5℃，支持串聯(lián)電阻自動補償（RC 功能），減少布線電阻誤差；
  • 噪聲抑制：D+/D - 引腳內(nèi)置 65kHz 低通濾波，可外接 330pF 差分電容進一步降噪。

2. 數(shù)字接口與控制功能

（1）可配置 SPI/I2C 接口

• SPI 特性 ：最高時鐘頻率 20MHz，支持獨立 / 菊花鏈模式，24 位數(shù)據(jù)幀（1 位 R/W+7 位地址 + 16 位數(shù)據(jù)），支持多器件級聯(lián)；
• I2C 特性 ：支持標準模式（100kHz）、快速模式（400kHz）、高速模式（3.4Mbps），7 位地址（由 A0/A1/A2 引腳配置），支持超時保護（SCL/SDA 低電平 32.8ms 自動復位）；
• 接口切換 ：通過 SPI/I2C 引腳（12 腳）選擇接口類型，高電平使能 SPI，低電平使能 I2C。

（2）8 路 GPIO 功能

• 引腳分類 ：GPIO0GPIO3 為專用數(shù)字 I/O，GPIO4GPIO7 為復用引腳（可配置為遠程溫度傳感器 D1/D2 的 D+/D-）；
• 工作模式 ：開漏輸出（需外接上拉電阻），支持輸入 / 輸出、PWM 解碼，復位后默認高阻態(tài)；
• 特殊功能 ：GPIO 可用于外部事件觸發(fā)、狀態(tài)指示，適配系統(tǒng)級控制邏輯擴展。

3. 報警與故障保護

（1）模擬輸入超限報警

• 監(jiān)測范圍 ：CH0~CH3（含差分對）支持高 / 低閾值超限檢測，溫度傳感器（LT/D1/D2）支持高 / 低溫報警；
• 防誤報機制 ：可編程連續(xù)超限次數(shù)（CH 通道 1256 次、溫度通道 18 次），僅當連續(xù) N 次采樣超限才觸發(fā)報警；
• 滯后特性 ：模擬輸入報警滯后 0127 LSB，溫度報警滯后 031℃，避免閾值附近頻繁觸發(fā)。

（2）全局故障指示

• ALARM 引腳 ：漏極開路輸出（需外接上拉），當任意報警觸發(fā)時拉低，支持報警屏蔽（通過寄存器配置）；
• 狀態(tài)寄存器 ：實時記錄報警源（如 CH0 超限、D1 故障、芯片過溫），報警狀態(tài)可配置為鎖存（需讀寄存器清除）或非鎖存（故障消除后自動清除）。

（3）DAC 故障安全控制

• 清零觸發(fā)源 ：支持模擬輸入超限、溫度超限、芯片過溫（+150℃）、傳感器故障等事件觸發(fā) DAC 清零；
• 硬件清零 ：DAC-CLR-0/1 引腳低電平觸發(fā)指定 DAC 清零，適用于緊急故障場景快速響應(yīng)。

三、功能架構(gòu)與典型應(yīng)用

1. 核心架構(gòu)

采用 “模擬采集 - 數(shù)字處理 - 故障控制” 三層架構(gòu)，模塊協(xié)同保障高可靠性：

• 模擬采集層 ：ADC 負責 16 路模擬信號采樣，溫度傳感器監(jiān)測環(huán)境溫度，DAC 輸出控制信號，內(nèi)置 2.5V 基準為各模塊提供穩(wěn)定參考；
• 數(shù)字處理層 ：含 SPI/I2C 接口解析、時序控制器、PWM 生成器，負責指令接收、數(shù)據(jù)格式化、GPIO 與報警控制；
• 故障控制層 ：實時監(jiān)測電源、時鐘、模擬信號狀態(tài)，觸發(fā) DAC 清零、ALARM 引腳指示，支持故障診斷（如寄存器 CRC 校驗）。

2. 典型應(yīng)用場景

（1）功率放大器（PA）偏置控制

• 應(yīng)用需求 ：GaN/LDMOS PA 需負電壓柵極偏置（如 - 7.5V~0V），同時監(jiān)測漏極電壓（VDRAIN）、電流與溫度，保障 PA 安全工作；
• 器件作用 ：
  • DAC 輸出通過差分運放（如 OPA4H199-SEP）轉(zhuǎn)換為負電壓，實現(xiàn) PA 柵極偏置精準控制；
  • ADC 通過電阻分壓采集 VDRAIN（如 50V 分壓至 ADC 輸入范圍），監(jiān)測 PA 供電狀態(tài)；
  • 溫度傳感器監(jiān)測 PA 與芯片自身溫度，超限觸發(fā) DAC 清零，保護 PA 免受熱損壞。

（2）航天通信有效載荷監(jiān)測

• 應(yīng)用需求 ：在輻射環(huán)境下監(jiān)測通信載荷的電源電壓、射頻模塊電流、腔體溫度，確保設(shè)備穩(wěn)定運行；
• 器件作用 ：
  • 16 路 ADC 覆蓋多電源 rail、多模塊電流采樣（通過分流電阻）；
  • 2 路遠程溫度傳感器監(jiān)測射頻腔體溫度，內(nèi)部傳感器監(jiān)測芯片溫度；
  • 輻射耐受能力保障在太空輻射環(huán)境下無 SEL/SEFI 故障，TID 耐受滿足長期在軌需求。