該AFE5812是一種高度集成的模擬前端 （AFE） 解決方案，專為需要高性能和小尺寸的超聲系統(tǒng)而設(shè)計。該AFE5812集成了完整的時間增益控制（TGC）成像路徑和CWD路徑。它還使用戶能夠選擇各種功率/噪聲組合之一，以優(yōu)化系統(tǒng)性能。因此，AFE5812不僅適用于高端系統(tǒng)，也適用于便攜式系統(tǒng)，是一種合適的超聲AFE解決方案。
*附件：afe5812.pdf

該AFE5812包含八通道壓控放大器 （VCA）、14 位和 12 位 ADC 以及 CW 混頻器。VCA 包括 LNA、VCAT、PGA 和 LPF。LNA增益可編程，支持250 mVPP至0.75 VPP輸入信號。LNA 還支持可編程有源端接。超低噪聲VCAT提供40 dB的衰減控制范圍，并改善整體低增益信噪比，有利于諧波成像和近場成像。PGA 提供 24 和 30 dB 的增益選項(xiàng)。在 ADC 之前，LPF 可以配置為 10、15、20、30、35 或 50 MHz，以支持不同頻率的超聲應(yīng)用。此外，AFE5812的信號鏈可以處理低于 100 kHz 的信號頻率，這使得該AFE5812可用于聲納和醫(yī)療應(yīng)用。AFE5812中的高性能14位/65MSPS ADC可實(shí)現(xiàn)77 dBFS SNR。它確保在低鏈增益下實(shí)現(xiàn)出色的信噪比。ADC的LVDS輸出可實(shí)現(xiàn)小型化系統(tǒng)所需的靈活系統(tǒng)集成。

該AFE5812集成了低功耗無源混頻器和低噪聲求和放大器，以實(shí)現(xiàn)片上CWD波束形成器。每個模擬輸入信號可選擇16個相位延遲。同時，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。

該AFE5812還包括一個數(shù)字同相和正交（I/Q）解調(diào)器和一個低通抽取濾波器。解調(diào)模塊的主要目的是降低LVDS數(shù)據(jù)速率并提高整體系統(tǒng)電源效率。I/Q解調(diào)器可以接受具有高達(dá)65 MSPS采樣率和14位分辨率的ADC輸出。例如，在數(shù)字解調(diào)和4×抽取濾波后，同相或正交輸出的數(shù)據(jù)速率降低到16.25 MSPS，數(shù)據(jù)分辨率提高到16位。因此，總體LVDS跡線減少量可以是2倍。如果不需要，可以繞過該解調(diào)器并完全關(guān)閉電源。

該AFE5812采用 15mm × 9mm、135 引腳 BGA 封裝，額定工作溫度范圍為 –40°C 至 85°C。

特性

• 8通道完整模擬前端
  • LNA、VCAT、PGA、LPF、ADC和CW混頻器
• 可編程增益低噪聲放大器 （LNA）
  • 24、18、15 dB增益
  • 0.25、0.5、0.7 VPP 線性輸入范圍
  • 0.63、0.7、0.9 nV/rtHz 輸入?yún)⒖荚肼?/li>
  • 可編程有源端接
• 40 dB低噪聲壓控衰減器（VCAT）
• 24/30 dB可編程增益放大器（PGA）
• 三階線性相位低通濾波器 （LPF）
  • 10、15、20、30、35、50 兆赫
• 14位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，帶LVDS輸出
  • 65 MSPS 時為 77 dBFS 信噪比
• 噪聲/功耗優(yōu)化（不帶數(shù)字解調(diào)器）
  • 180 mW/CH，0.75 nV/rtHz，65 MSPS
  • 1.1 nV/rtHz時為109 mW/CH，40 MSPS
  • CW 模式下為 107 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）
• ADC后的可編程數(shù)字I/Q解調(diào)器
  • 寬范圍解調(diào)頻率
  • <1KHz 頻率分辨率
  • 抽取濾波器系數(shù) M = 1 至 32
  • 16xM 抽頭 FIR 抽取濾波器
  • 解調(diào)后LVDS速率降低
  • 片上 RAM，具有 32 個預(yù)設(shè)配置文件
• 低諧波失真
• 低頻聲納信號處理
• 快速一致的過載恢復(fù)
• 連續(xù)波多普勒無源混頻器（CWD）
  • 低接近相位噪聲 –156 dBc/Hz，1 KHz，2.5 MHz載波
  • 相位分辨率為 1/16λ
  • 支持 16X、8X、4X 和 1X CW 時鐘
  • 3次和5次諧波抑制12dB
• 小型封裝：15 mm x 9 mm，135-BGA
• 工作溫度：-40°C 至 85°C

參數(shù)

AFE5812 是德州儀器推出的高集成度 8 通道超聲模擬前端（AFE），核心優(yōu)勢為低噪聲、多功能集成與靈活功耗配置，集成完整信號鏈與 CW 多普勒路徑，適配醫(yī)療超聲、無損檢測等對性能與小型化要求嚴(yán)苛的場景。

核心參數(shù)與特性

• 硬件規(guī)格 ：8 通道完整信號鏈，含 LNA、VCAT、PGA、LPF、14/12 位 ADC 及無源 CW 混頻器；ADC 最高采樣率 65 MSPS，LVDS 輸出接口。
• 性能表現(xiàn) ：輸入?yún)⒖荚肼暤椭?0.63 nV/rtHz，ADC SNR 達(dá) 77 dBFS；通道間增益匹配典型值 ±0.5 dB、最大值 ±1.1 dB；3 階線性相位 LPF 支持 10/15/20/30/35/50 MHz 可選截止頻率。
• 增益與衰減配置 ：LNA 增益可選 24/18/15 dB，輸入范圍 0.25~0.75 VPP；VCAT 提供 40 dB 衰減控制；PGA 增益可選 24/30 dB。
• 功耗與封裝 ：65 MSPS 時每通道功耗 180 mW（0.75 nV/rtHz），40 MSPS 時低至 109 mW；采用 135 引腳 NFBGA 封裝（15mm×9mm），工作溫度 -40°C~+85°C。

功能與工作模式

• 核心功能 ：集成數(shù)字 I/Q 解調(diào)器，解調(diào)頻率范圍寬、分辨率 <1kHz；16×M 抽頭 FIR 抽取濾波器（M=1~32），可降低 LVDS 數(shù)據(jù)速率；片上 RAM 存儲 32 組預(yù)設(shè)配置文件。
• CW 多普勒功能 ：無源混頻器支持 1/4/8/16 倍 CW 時鐘，16 級相位延遲可調(diào)；對 3 次 / 5 次諧波抑制達(dá) 12 dB，1kHz 偏移處相位噪聲 -156 dBc/Hz。
• 靈活配置 ：支持有源終端可編程，可適配不同輸入信號；數(shù)字解調(diào)器可旁路并斷電，優(yōu)化功耗；支持低至 100 kHz 信號處理，兼容聲納應(yīng)用。

應(yīng)用場景

適用于醫(yī)療超聲成像、無損檢測設(shè)備、聲納系統(tǒng)、多通道高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，既適配高端高性能設(shè)備，也滿足便攜式設(shè)備的低功耗需求。

關(guān)鍵設(shè)計要點(diǎn)

• 電源要求 ：需嚴(yán)格遵循電源時序規(guī)范，模擬電源與數(shù)字電源建議獨(dú)立供電并就近配置去耦電容，降低噪聲耦合。
• 布局建議 ：LVDS 信號線需等長布線，減少時序偏移；模擬信號路徑遠(yuǎn)離數(shù)字時鐘線與功率器件，避免串?dāng)_；充分考慮散熱設(shè)計，保障多通道同時工作穩(wěn)定性。
• 配置方式 ：通過 SPI 接口配置寄存器，實(shí)現(xiàn)增益、濾波器、解調(diào)參數(shù)等靈活調(diào)整；支持 32 組預(yù)設(shè)配置快速切換，適配不同工作場景。