該AFE5816是一種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)。

該AFE5816是一款集成模擬前端 （AFE），針對(duì)醫(yī)療超聲應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。AFE5816 是一款多芯片模塊 （MCM） 器件，具有兩個(gè)芯片：VCA 和 ADC_CONV。每個(gè)芯片共有 16 個(gè)通道。
*附件：afe5816.pdf

VCA芯片中的每個(gè)通道都可以配置為兩種模式：時(shí)間增益補(bǔ)償（TGC）模式和連續(xù)波（CW）模式。在TGC模式下，每個(gè)通道都包括一個(gè)輸入衰減器（ATTEN）、一個(gè)具有可變?cè)鲆娴牡驮肼?a href="http://www.brongaenegriffin.com/tags/放大器/" target="_blank">放大器（LNA）和一個(gè)三階低通濾波器（LPF）。衰減器支持8dB至0dB的衰減范圍，LNA支持14dB至45dB的增益范圍。LPF 截止頻率可配置為 10MHz、15MHz、20MHz 或 25MHz，以支持不同頻率的超聲應(yīng)用。在CW模式下，每個(gè)通道包括一個(gè)固定增益為18dB的LNA，以及一個(gè)具有16個(gè)可選相位延遲的低功耗無(wú)源混頻器?？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。CW模式支持三種時(shí)鐘模式：16X、8X和4X。

ADC_CONV芯片的每個(gè)通道都有一個(gè)高性能模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC），可編程分辨率為 14 位或 12 位。該ADC在14位模式下實(shí)現(xiàn)75dBFS信噪比（SNR），在12位模式下實(shí)現(xiàn)72dBFS SNR。該ADC在低通道增益下提供出色的SNR。這些器件以 65 MSPS 和 80 MSPS 的最大速度運(yùn)行，分別提供 14 位和 12 位輸出。該ADC設(shè)計(jì)用于隨采樣率縮放功率。ADC的輸出接口是低壓差分信號(hào)（LVDS）接口，可以輕松與低成本現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）連接。

該AFE5816還允許選擇各種功率和噪聲組合以優(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AFE5816采用15mm×15mm NFBGA-289封裝（ZAV封裝，S-PBGA-N289），額定工作溫度范圍為–40°C至+85°C。 該器件還與AFE5818系列引腳兼容。

特性

• 用于超聲應(yīng)用的 16 通道 AFE：
  • 輸入衰減器、LNA、LPF、ADC 和 CW 混頻器
  • 針對(duì) TGC 和 CW 模式優(yōu)化的信號(hào)鏈
  • 數(shù)字時(shí)間增益補(bǔ)償 （DTGC）
  • 總增益范圍：6dB至45dB
  • 線性輸入范圍：1VPP
• 帶 DTGC 的輸入衰減器：
  • 衰減為8dB至0dB，步長(zhǎng)為0.125dB
  • 支持以下匹配阻抗：
    • 50Ω至800Ω源阻抗
• 帶 DTGC 的低噪聲放大器 （LNA）：
  • 14dB至45dB增益，步長(zhǎng)為0.125dB
  • 低輸入電流噪聲：1.2pA/√ Hz
• 三階線性相位低通濾波器 （LPF）：
  • 10MHz、15MHz、20MHz 和 25MHz
• 具有可編程分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC）：
  • 14位ADC：65 MSPS時(shí)為75dBFS空閑通道SNR
  • 12位ADC：80 MSPS時(shí)為72dBFS空閑通道SNR
• LVDS 接口，最高速度高達(dá) 1GBPS
• 針對(duì)噪音和功率進(jìn)行了優(yōu)化：
  • 90mW/Ch，1nV/√ Hz，65 MSPS，TGC 模式
  • 55mW/Ch，1.45nV/√ Hz，40 MSPS，TGC 模式
  • 59mW/通道，CW模式
• 出色的器件間增益匹配：
  • ±0.5dB（典型值）
• 低諧波失真：–60dBc 電平
• 快速一致的過(guò)載恢復(fù)
• 連續(xù)波 （CW） 路徑具有：
  • 無(wú)源混合器
  • 1kHz頻率下接近相位噪聲低至–148dBc/Hz
  • 相位分辨率：λ / 16
  • 支持 16X、8X、4X 和 1X CW 時(shí)鐘
  • 12dB 抑制 3 次和 5 次諧波
• 小封裝：15mm × 15mm NFBGA-289

參數(shù)

方框圖

AFE5816 是德州儀器推出的 16 通道超聲模擬前端（AFE），核心優(yōu)勢(shì)為低功耗、低噪聲、高集成度，適配超聲成像及高速數(shù)據(jù)采集場(chǎng)景，兼具 TGC 和 CW 雙工作模式。

核心參數(shù)與特性

• 硬件規(guī)格 ：16 通道設(shè)計(jì)，集成輸入衰減器、LNA、LPF、ADC 及 CW 混頻器；ADC 支持可編程分辨率（14 位 / 65 MSPS 或 12 位 / 80 MSPS）。
• 性能表現(xiàn) ：1nV/√Hz 低噪聲（65 MSPS 時(shí)），14 位模式 SNR 達(dá) 75dBFS，12 位模式 SNR 達(dá) 72dBFS；總增益范圍 6dB~45dB，輸入線性范圍 1VPP。
• 功耗與封裝 ：通道功耗低至 55mW（40 MSPS TGC 模式）、59mW（CW 模式）、90mW（65 MSPS TGC 模式）；采用 15mm×15mm 289 引腳 NFBGA 封裝，MSL 等級(jí) 3。
• 接口與環(huán)境 ：支持 LVDS 接口（最高 1Gbps），SPI 控制；工作溫度范圍 - 40°C~+85°C，器件間增益匹配典型值 ±0.5dB，諧波失真 - 60dBc。

功能與工作模式

• TGC 模式 ：輸入衰減器（0dB8dB，0.125dB 步進(jìn)）、可變?cè)鲆?LNA（14dB45dB，0.125dB 步進(jìn)）、3 階線性相位 LPF（可選 10/15/20/25MHz 截止頻率），支持?jǐn)?shù)字時(shí)間增益補(bǔ)償（DTGC）。
• CW 模式 ：18dB 固定增益 LNA、低功耗無(wú)源混頻器，支持 16 檔相位延遲（λ/16 相位分辨率）；抑制 3 次 / 5 次諧波（12dB suppression），支持 1X/4X/8X/16X CW 時(shí)鐘，近載相位噪聲 - 148dBc/Hz（1kHz 偏移）。
• 其他功能 ：支持 50Ω~800Ω 源阻抗匹配，快速過(guò)載恢復(fù)，LVDS 接口便于連接 FPGA。

應(yīng)用場(chǎng)景

適用于醫(yī)療超聲成像、無(wú)損檢測(cè)設(shè)備、聲納成像設(shè)備、多通道高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等場(chǎng)景。

關(guān)鍵設(shè)計(jì)要點(diǎn)

• 模式配置 ：通過(guò) SPI 接口切換 TGC/CW 模式，配置增益、衰減量、LPF 截止頻率及 CW 相位延遲。
• 兼容性 ：與 AFE5818 系列引腳兼容，可無(wú)縫替換升級(jí)。
• 布局建議 ：需優(yōu)化電源去耦與接地設(shè)計(jì)，減少噪聲耦合；LVDS 信號(hào)線需匹配阻抗，保證高速傳輸穩(wěn)定性。