該AFE58JD18是高度集成的模擬前端 （AFE） 解決方案，專門用于 專為需要高性能和小尺寸的超聲系統(tǒng)而設(shè)計。

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AFE58JD18共有 16 個通道，每個通道由一個 壓控放大器 （VCA），同步采樣 14 位和 12 位模數(shù) 轉(zhuǎn)換器 （ADC） 和連續(xù)波 （CW） 混頻器。VCA 包括一個低噪聲放大器 （LNA）、一個 壓控衰減器（VCAT）、可編程增益放大器（PGA）和低通濾波器 （LPF）。LNA 增益可編程，支持 250mV聚丙烯自 1V聚丙烯輸入信號和可編程有源終端。超低噪音 VCAT提供40 dB的衰減控制范圍，并改善整體低增益信噪比，從而 有利于諧波和近場成像。PGA 提供 24 dB 和 30 dB 的增益選項。在 ADC的正面，LPF可以配置為10 MHz、15 MHz、20 MHz、 30 MHz、35 MHz 或 50 MHz，支持不同 頻率。

該AFE58JD18還集成了低功耗無源混頻器和低噪聲求和放大器 創(chuàng)建片上 CWD 波束形成器。每個模擬輸入可選擇 16 個相位延遲 信號。此外，還實(shí)現(xiàn)了獨(dú)特的三階和五階諧波抑制濾波器，以 增強(qiáng) CW 靈敏度

高性能14位ADC可實(shí)現(xiàn)75 dBFS SNR。該ADC確保在 低鏈增益。該器件可以以 65 MSPS 和 80 MSPS 的最大速度運(yùn)行，提供 14 位 和 12 位輸出。

ADC 低壓差分信號 （LVDS） 輸出支持靈活的系統(tǒng) 小型化系統(tǒng)所需的集成。

該AFE58JD18還包括一個可選的數(shù)字解調(diào)器和JESD204B數(shù)據(jù) 12位或14位ADC之后的封裝塊。數(shù)字同相和正交 （I/Q） 解調(diào)器 通過可編程小數(shù)抽取濾波器，可加速計算密集型算法 低功耗。運(yùn)行速度高達(dá) 5 Gbps 的JESD204B接口進(jìn)一步減少了電路板布線 高通道數(shù)系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)。

該AFE58JD18還允許選擇各種功率和噪聲組合進(jìn)行優(yōu)化 系統(tǒng)性能。因此，AFE58JD18是適合兩者的超聲AFE解決方案 高端和便攜式系統(tǒng)。

該AFE58JD18采用 15 毫米× 15 毫米 NFBGA-289 封裝（ZBV 封裝、 S-PBGA-N289），并指定工作溫度范圍為 –40°C 至 85°C。 器件引腳排列也類似 到AFE5816設(shè)備 家庭。

特性

• 16 通道、完整的模擬前端 （AFE）：
  • LNA、VCAT、PGA、LPF、ADC和CW混頻器
• 具有可編程增益的 LNA：
  • 增益：24 dB、18 dB 和 12 dB
  • 線性輸入范圍：0.25 V 聚丙烯 ， 0.5 伏聚丙烯和 1 V聚丙烯
  • 參考輸入噪聲：
    0.63 nV/√Hz、0.7 nV/√Hz 和 0.9 nV/√Hz
  • 可編程有源端接
• 壓控衰減器 （VCAT）：40 dB
• 可編程增益放大器（PGA）：
  24 dB和30 dB
• 總信號鏈增益：54 dB（最大值）
• 三階線性相位LPF：
  • 10 MHz、15 MHz、20 MHz、30 MHz、35 MHz
    和 50 MHz
• 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC）：
  • 14位ADC：65 MSPS時為75 dBFS SNR
  • 12位ADC：80 MSPS時為72 dBFS SNR
• LVDS 接口最大速度為 1 Gbps
• 噪聲和功耗優(yōu)化（全通道）：
  • 140 mW/Ch，0.75 nV/√Hz，65 MSPS
  • 91.5 mW/Ch，1.1 nV/√Hz，40 MSPS
  • CW 模式下為 80 mW/Ch
• 出色的器件間增益匹配：
  • ±0.5 dB（典型值）和 ±1.1 dB（最大值）
• 低諧波失真
• 快速一致的過載恢復(fù)
• CWD 無源混合器：
  • 低近相位噪聲：
    –156 dBc/Hz（1 kHz 時，2.5 MHz 載波）
  • 相位分辨率：λ / 16
  • 支持 16X、8X、4X 和 1X CW 時鐘
  • CWD 高通濾波器可抑制 1 kHz <不需要的低
    頻信號
• 數(shù)字功能：
  • ADC后的數(shù)字I/Q解調(diào)器：
    • 分?jǐn)?shù)抽取濾波器 M = 1 至
      63，增量步長為 0.25 倍
    • 抽取后
      數(shù)據(jù)吞吐量降低
    • 片上 RAM，具有 32 個預(yù)設(shè)配置文件
• 5 Gbps JESD 接口：
  • JESD204B 0、1 和 2 子類
  • 每個 JESD 通道 2、4 或 8 個通道
• 小封裝：15 mm × 15 mm NFBGA-289

參數(shù)

方框圖

AFE58JD18 是德州儀器專為超聲系統(tǒng)打造的高集成度模擬前端（AFE），核心優(yōu)勢是 16 通道并行采集、寬增益范圍（最大 54 dB）、雙分辨率 ADC 配置及低相位噪聲 CW 模式，搭配 LVDS/JESD204B 雙輸出接口，適用于醫(yī)療超聲成像、無損檢測、聲納成像等對性能與集成度要求嚴(yán)苛的多通道數(shù)據(jù)采集場景。

一、核心性能與定位

• 通道與信號調(diào)理 ：16 通道完整信號鏈，每通道集成低噪聲放大器（LNA）、壓控衰減器（VCAT）、可編程增益放大器（PGA）及 3 階低通濾波器（LPF），總增益最高 54 dB，適配不同超聲信號衰減補(bǔ)償需求。
• ADC 性能 ：支持可編程分辨率，14 位模式下采樣率 65 MSPS、SNR 75 dBFS；12 位模式下采樣率 80 MSPS、SNR 72 dBFS；諧波失真低，過載恢復(fù)快速且穩(wěn)定，保障信號采集完整性。
• 噪聲與功耗 ：LNA 輸入?yún)⒖荚肼暤椭?0.63 nV/√Hz（24 dB 增益時），線性輸入范圍可選 0.25 VPP/0.5 VPP/1 VPP；65 MSPS 時功耗 140 mW / 通道，40 MSPS 時低至 91.5 mW / 通道，CW 模式下 80 mW / 通道，平衡性能與功耗。
• 接口與環(huán)境 ：支持 LVDS（最高 1 Gbps）和 JESD204B 接口（最高 5 Gbps，子類 0/1/2），單 lane 可承載 2/4/8 通道數(shù)據(jù)；工作溫度 -40°C~85°C，滿足工業(yè)與醫(yī)療嚴(yán)苛環(huán)境要求。

二、關(guān)鍵功能與硬件特性

1. 集成功能模塊

• 靈活信號調(diào)理：LNA 增益可選 12 dB/18 dB/24 dB，VCAT 提供 40 dB 衰減范圍，PGA 支持 24 dB/30 dB 增益，可精準(zhǔn)匹配不同超聲探頭靈敏度；LPF cutoff 可選 10/15/20/30/35/50 MHz，適配寬頻率范圍超聲應(yīng)用。
• CW 模式優(yōu)化：內(nèi)置無源混頻器與 16 相位發(fā)生器，支持 1X/4X/8X/16X CW 時鐘模式，近載相位噪聲低至 -156 dBc/Hz（1 kHz 偏移，2.5 MHz 載波），相位分辨率 λ/16；集成 3/5 次諧波抑制濾波器及 <1 kHz 高通濾波器，提升 CW 多普勒測量靈敏度。
• 數(shù)字處理與存儲：集成數(shù)字 I/Q 解調(diào)器、分?jǐn)?shù)抽取濾波器（M=1~63，0.25 增量步進(jìn)），降低后端數(shù)據(jù)吞吐量；片上 RAM 存儲 32 組預(yù)設(shè)配置文件，支持快速模式切換，適配多場景應(yīng)用。
• 一致性與集成：通道間增益匹配典型值 ±0.5 dB、最大值 ±1.1 dB，保證多通道采集一致性；采用 15 mm×15 mm NFBGA-289 封裝，引腳布局兼容 AFE5816 系列，便于系統(tǒng)升級與替換。

2. 工作模式

• 脈沖成像模式（TGC 模式）：通過 VCAT 與 PGA 實(shí)現(xiàn)動態(tài)增益補(bǔ)償，抵消超聲信號傳播衰減，搭配 LPF 濾除高頻噪聲，提升深部組織成像質(zhì)量。
• 連續(xù)波模式（CW 模式）：針對多普勒血流測量，內(nèi)置片上波束形成器，16 級相位延遲可實(shí)現(xiàn)信號相位校準(zhǔn)與疊加，低相位噪聲特性保障血流速度測量精度。
• 低功耗模式：ADC 采樣率可動態(tài)調(diào)整，功耗隨速率同步優(yōu)化，非工作時段支持快速掉電（PDN_FAST）與全局掉電（PDN_GBL），適配便攜式設(shè)備續(xù)航需求。
• 校準(zhǔn)模式：支持通道增益與相位校準(zhǔn)，通過 SPI 接口配置參數(shù)，優(yōu)化多通道一致性，提升成像均勻性。

3. 接口與封裝

• 數(shù)據(jù)接口：LVDS 接口支持點(diǎn)對點(diǎn)高速傳輸，適配低成本 FPGA；JESD204B 接口減少布線復(fù)雜度，5 Gbps 速率降低高通道數(shù)系統(tǒng)的板級設(shè)計難度。
• 控制接口：通過 SPI 接口（SDIN/SDOUT/SCLK/SEN）配置工作模式、增益、濾波器參數(shù)及 ADC 分辨率，支持外部同步（SYNC）與復(fù)位（RESET）控制。
• 封裝選項：僅提供 NFBGA-289 封裝（15 mm×15 mm），焊球材質(zhì)為 SNAGCU，符合 RoHS 標(biāo)準(zhǔn)，MSL 等級 3（260°C 回流，168 小時）。

三、典型應(yīng)用場景

• 醫(yī)療超聲成像：腹部、心血管、產(chǎn)科等超聲診斷設(shè)備的多通道信號采集；
• 無損檢測設(shè)備：工業(yè)材料缺陷檢測、航空航天結(jié)構(gòu)完整性評估；
• 聲納成像：水下目標(biāo)探測、海洋測繪、水下通信等聲納系統(tǒng)；
• 多通道高速數(shù)據(jù)采集：其他需要寬增益、低噪聲、高集成度的多通道信號調(diào)理與數(shù)字化場景。

四、設(shè)計關(guān)鍵要點(diǎn)

1. 供電與去耦 ：需按推薦電源軌（1.2 V/1.8 V/3.3 V/5 V）供電，每個通道電源引腳就近配置低 ESR 去耦電容，減少電源噪聲耦合，保障低噪聲性能。
2. 阻抗匹配：LNA 支持可編程有源端接，需匹配超聲探頭阻抗（50 Ω 左右）；JESD204B 接口 lane 需做 100 Ω 差分阻抗匹配，優(yōu)化高速傳輸完整性。
3. 時序同步：多通道或多芯片工作時，通過 JESD204B 接口的 SYSREF 信號實(shí)現(xiàn)同步，確保通道間相位一致性，提升成像或檢測精度。
4. 散熱設(shè)計：16 通道并行工作時需合理規(guī)劃 PCB 散熱路徑，封裝底部熱焊盤需可靠接地，避免高溫影響性能穩(wěn)定性。