AFE58JD28 器件是一款高度集成的模擬前端 （AFE） 解決方案，專為需要高性能、低功耗和小尺寸的超聲系統(tǒng)而設(shè)計(jì)。

AFE58JD28 是一款針對(duì)醫(yī)學(xué)超聲應(yīng)用優(yōu)化的集成 AFE。該器件通過具有兩個(gè)芯片的多芯片模塊 （MCM） 實(shí)現(xiàn)：一個(gè)壓控放大器 （VCA） 芯片和一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC） 芯片。VCA芯片有16個(gè)通道，與ADC芯片的16個(gè)通道連接。
*附件：afe58jd28.pdf

VCA芯片中的每個(gè)通道都可以配置為兩種模式之一：時(shí)間增益補(bǔ)償（TGC）模式或連續(xù)波（CW）模式。在TGC模式下，每個(gè)通道包括一個(gè)低噪聲放大器（LNA）、一個(gè)壓控衰減器（VCAT）、一個(gè)可編程增益放大器（PGA）和一個(gè)三階低通濾波器（LPF）。LNA可編程增益為21 dB、18 dB或15 dB。LNA 還支持主動(dòng)終止。VCAT支持0 dB至36 dB的衰減范圍，并具有衰減的模擬電壓控制。PGA 提供 18 dB 至 27 dB 的增益選項(xiàng)，步長為 3 dB。LPF 截止頻率可以設(shè)置為 10 MHz 和 30 MHz 之間，以支持不同頻率的超聲應(yīng)用。在CW模式下，LNA的輸出進(jìn)入具有16個(gè)可選相位延遲的低功耗無源混頻器，然后是帶有帶通濾波器的求和放大器?？梢詫?duì)每個(gè)模擬輸入信號(hào)施加不同的相位延遲，以執(zhí)行片內(nèi)波束成形作。CW 混頻器中的諧波濾波器抑制三次和五次諧波，以提高 CW 多普勒測(cè)量的靈敏度。

ADC芯片的16個(gè)通道可以配置為以14位或12位的分辨率運(yùn)行。ADC分辨率可以與轉(zhuǎn)換速率進(jìn)行權(quán)衡，在14位和12位分辨率下，最高速度分別為65 MSPS和80 MSPS。ADC設(shè)計(jì)用于隨采樣率縮放其功率。ADC的輸出接口通過低壓差分信號(hào)（LVDS）輸出，該信號(hào)可以輕松與低成本的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）連接。

該AFE58JD28還包括一個(gè)數(shù)字解調(diào)器和JESD204B數(shù)據(jù)打包塊。數(shù)字同相和正交 （I/Q） 解調(diào)器具有可編程抽取濾波器，可在低功耗下加速計(jì)算密集型算法。該器件還支持運(yùn)行速度高達(dá) 5 Gbps 的可選JESD204B接口，進(jìn)一步降低了高通道數(shù)系統(tǒng)中的電路板布線挑戰(zhàn)。

該器件還允許選擇各種功率和噪聲組合來優(yōu)化系統(tǒng)性能。因此，這些器件是適合具有嚴(yán)格電池壽命要求的系統(tǒng)的超聲AFE解決方案。

該器件采用 15 mm × 15 mm NFBGA-289 封裝，與 AFE5818 和 AFE5816 系列引腳兼容。

特性

• 用于超聲應(yīng)用的 16 通道 AFE：
  • 針對(duì)TGC和CW模式優(yōu)化的信號(hào)鏈
  • 四個(gè)可編程 TGC 配置文件
• 低噪聲放大器 （LNA） 具有：
  • 可編程增益：21 dB、18 dB和15 dB
  • 線性輸入信號(hào)幅度：0.37 V 聚丙烯 ， 0.5 伏聚丙烯和 0.71 V聚丙烯
  • 主動(dòng)終止
• 壓控衰減器 （VCAT）：
  • 衰減范圍：0 dB–36 dB
• 可編程增益放大器 （PGA）：
  • 18 dB–27 dB，步長為 3 dB
• 三階線性相位低通濾波器（LPF）：
  • 截止頻率范圍為 10 MHz 至 30 MHz
• ADC模式（空閑通道SNR）：
  • 14位、65MSPS模式：75dBFS
  • 12位、80MSPS模式：72dBFS
• 針對(duì)噪音和功率進(jìn)行了優(yōu)化：
  • TGC 模式：102 mW/Ch，0.8 nV/√Hz，65MSPS，14
    位輸出
  • CW 模式：63 mW/通道
• 出色的器件間增益匹配：
  • ±0.4 dB（典型值）
• 快速一致的過載恢復(fù)
• 連續(xù)波 （CW） 路徑具有：
  • 接近相位噪聲低，為–159 dBc/Hz，頻率偏移為1kHz，2.5MHz載波關(guān)閉
  • 相位分辨率：λ / 16
  • 支持 16 倍和 8 倍連續(xù)時(shí)鐘
  • 12 dB 抑制 3 次和 5 次諧波
• 數(shù)字 I/Q 解調(diào)器：
  • 分?jǐn)?shù)抽取濾波器 M = 1 到 63，增量為 0.25
  • 抽取后數(shù)據(jù)吞吐量降低
  • 片上 RAM，具有 32 個(gè)預(yù)設(shè)配置文件
• 速度高達(dá) 1 Gbps 的 LVDS 接口
• 5 Gbps JESD 接口：
  • JESD204B 0、1 和 2 子類
  • 每個(gè) JESD 通道 2、4 或 8 個(gè)通道
• 小封裝：15 mm × 15 mm NFBGA-289

參數(shù)

方框圖

AFE58JD28 是德州儀器推出的高集成度 16 通道超聲模擬前端（AFE），專為超聲成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在低噪聲、低功耗基礎(chǔ)上新增數(shù)字解調(diào)與高速 JESD204B 接口，適配醫(yī)療超聲、無損檢測(cè)、聲納成像等高性能場(chǎng)景。

一、產(chǎn)品基礎(chǔ)信息

• 文檔與版本 ：文檔版本為 SBAS864，發(fā)布于 2017 年 7 月，包含核心特性、功能說明、封裝參數(shù)及訂購信息，無后續(xù)修訂記錄。
• 核心定位 ：采用多芯片模塊（MCM）架構(gòu)，集成 VCA 芯片與 ADC 芯片，支持 TGC（時(shí)間增益補(bǔ)償）和 CW（連續(xù)波）雙模式，新增數(shù)字 I/Q 解調(diào)器與 JESD204B 接口，降低系統(tǒng)復(fù)雜度與布線難度。
• 兼容性 ：引腳兼容 AFE5818、AFE5816 系列產(chǎn)品，便于現(xiàn)有系統(tǒng)升級(jí)替換。

二、核心特性與參數(shù)

（一）通道與信號(hào)鏈

• 16 個(gè)獨(dú)立通道，每個(gè)通道集成完整信號(hào)鏈，TGC 模式與 CW 模式可靈活切換，支持 4 種可編程 TGC 配置文件。
• TGC 模式信號(hào)鏈 ：低噪聲放大器（LNA）+ 壓控衰減器（VCAT）+ 可編程增益放大器（PGA）+ 3 階低通濾波器（LPF），信號(hào)處理鏈路完整，適配脈沖超聲成像。
• CW 模式信號(hào)鏈 ：LNA + 16 選相移無源混頻器 + 求和放大器 + 帶通濾波器，支持 8 倍 / 16 倍 CW 時(shí)鐘，3 次 / 5 次諧波抑制達(dá) 12 dB，適配多普勒測(cè)量。

（二）關(guān)鍵性能參數(shù)

• 噪聲與增益 ：LNA 噪聲低至 0.8 nV/√Hz，可編程增益為 15 dB/18 dB/21 dB；PGA 增益 18 dB-27 dB（3 dB 步進(jìn)）；通道間增益匹配典型值 ±0.4 dB，一致性優(yōu)異。
• 衰減與濾波 ：VCAT 衰減范圍 0 dB-36 dB，支持模擬電壓控制；LPF 截止頻率 10 MHz-30 MHz 可調(diào)，線性相位特性保障信號(hào)完整性。
• ADC 性能 ：支持 14 位 / 65 MSPS 和 12 位 / 80 MSPS 兩種模式，空閑通道信噪比（SNR）分別為 75 dBFS 和 72 dBFS，功耗隨采樣率自適應(yīng)調(diào)節(jié)。
• CW 模式特性 ：載波 2.5 MHz 時(shí)，1 kHz 頻偏處相位噪聲低至 -159 dBc/Hz，相位分辨率達(dá) λ/16，提升多普勒測(cè)量靈敏度。

（三）新增核心功能

• 數(shù)字 I/Q 解調(diào)器 ：支持分?jǐn)?shù)抽取濾波（抽取因子 M=1-63，步長 0.25），降低數(shù)據(jù)吞吐量，內(nèi)置 32 組預(yù)設(shè)配置文件的片上 RAM，加速計(jì)算密集型算法。
• 雙輸出接口 ：保留 LVDS 接口（速率最高 1 Gbps），兼容低成本 FPGA；新增 JESD204B 接口（速率最高 5 Gbps），支持子類 0/1/2，每通道可配置 2/4/8 路 JESD 通道，減少高通道數(shù)系統(tǒng)布線難度。

（四）功耗優(yōu)化

• TGC 模式：每通道功耗 102 mW（0.8 nV/√Hz、14 位 / 65 MSPS 配置）；CW 模式：每通道功耗 63 mW，適配低功耗系統(tǒng)需求。

三、封裝與工作環(huán)境

• 封裝類型 ：采用 289 引腳 NFBGA 封裝，封裝尺寸 15.00 mm×15.00 mm，焊球材質(zhì)為 SNAGCU，符合無鉛標(biāo)準(zhǔn)。
• 工作條件 ：工作溫度范圍 -40°C-85°C，滿足寬溫應(yīng)用場(chǎng)景；存儲(chǔ)與運(yùn)輸需注意 ESD 防護(hù)，建議引腳短接或放置于導(dǎo)電泡沫中，避免 MOS 柵極損壞。

四、典型應(yīng)用與兼容產(chǎn)品

（一）應(yīng)用場(chǎng)景

• 醫(yī)療超聲成像設(shè)備、無損檢測(cè)設(shè)備、聲納成像設(shè)備等對(duì)信號(hào)完整性、數(shù)據(jù)傳輸速率有高要求的場(chǎng)景。

（二）兼容與配套產(chǎn)品

• 同系列產(chǎn)品：AFE5818（140 mW / 通道，0.75 nV/√Hz 噪聲）、AFE5816（90 mW / 通道，1 nV/√Hz 噪聲）、AFE58JD18（同架構(gòu)帶 JESD 接口）。
• 配套推薦：時(shí)鐘芯片（LMK0482x、CDCM7005）、運(yùn)算放大器（THS413x、OPA1632）、數(shù)字隔離器（ISO724x）等。