該AFE4400是一款完全集成的模擬前端 （AFE），非常適合脈搏血氧儀應(yīng)用。該器件由一個(gè)低噪聲接收器通道組成，該通道集成了模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC）、一個(gè) LED 發(fā)射部分以及用于傳感器和 LED 故障檢測(cè)的診斷功能。該器件是一個(gè)非?？膳渲玫亩〞r(shí)控制器。這種靈活性使用戶能夠完全控制器件時(shí)序特性。為了降低時(shí)鐘要求并為AFE4400提供低抖動(dòng)時(shí)鐘，還集成了一個(gè)振蕩器，該振蕩器由外部晶體提供功能。該器件使用 SPI? 接口與外部微控制器或主機(jī)處理器通信。

該器件是一個(gè)完整的 AFE 解決方案，封裝在單個(gè)緊湊的 VQFN-40 封裝（6 mm × 6 mm）中，額定工作溫度范圍為 0°C 至 70°C。
*附件：afe4400.pdf

特性

• 用于脈搏血氧儀應(yīng)用的完全集成模擬前端：
  • 靈活的脈沖排序和
    定時(shí)控制
• 傳輸：
  • 集成 LED 驅(qū)動(dòng)器
    （H 橋、推或拉）
  • 動(dòng)態(tài)范圍：95 dB
  • LED電流：
    • 可編程至 50 mA，電流分辨率為 8 位
  • 低功耗：
    • 100 μA + 平均 LED 電流
  • 可編程 LED 導(dǎo)通時(shí)間
  • 獨(dú)立的 LED2 和 LED1 基準(zhǔn)電流
• 具有高動(dòng)態(tài)范圍的接收通道：
  • 13 個(gè)無(wú)噪聲位
  • 低功耗：3.3V電源時(shí)<670μA
  • 集成數(shù)字環(huán)境估計(jì)和減法
  • 靈活的接收采樣時(shí)間
  • 具有可編程 LED 設(shè)置的靈活跨阻放大器
• 集成故障診斷：
  • 光電二極管和 LED 開路和
    短路檢測(cè)
  • 電纜開斷檢測(cè)
• 用品：
  • Rx = 2.0 V 至 3.6 V
  • 發(fā)射 = 3.0 V 至 5.25 V
• 封裝：緊湊型 VQFN-40（6 mm × 6 mm）
• 指定溫度范圍：0°C 至 70°C

參數(shù)

方框圖

AFE4400 是一款面向脈搏血氧儀、光學(xué)心率監(jiān)測(cè)（HRM）的全集成模擬前端（AFE），集成 LED 驅(qū)動(dòng)、低噪聲接收通道、22 位 ADC 與故障診斷功能，支持靈活時(shí)序配置與高速 SPI 通信，以緊湊封裝和低功耗特性滿足低成本醫(yī)療與工業(yè)光度測(cè)量需求。

核心參數(shù)與性能

• 分辨率與動(dòng)態(tài)范圍 ：接收通道支持 13 位無(wú)噪聲 bits（NFB），集成 22 位 ADC，總輸入?yún)⒖荚肼曤娏鞯椭?1.4 pA RMS（0.1 Hz-5 Hz 帶寬）；發(fā)射器動(dòng)態(tài)范圍 95 dB，支持 8 位分辨率 LED 電流調(diào)節(jié)。
• LED 驅(qū)動(dòng)特性 ：LED 驅(qū)動(dòng)電流 0-50 mA 可編程，支持 H 橋 / 推挽驅(qū)動(dòng)模式；LED 開啟時(shí)間、脈沖寬度可編程，最小采樣時(shí)間 50 μs，脈沖重復(fù)頻率（PRF）62.5 SPS-5000 SPS 可調(diào)。
• 接收通道性能 ：跨阻放大器（TIA）反饋電阻 10 kΩ-1 MΩ 可編程，反饋電容 5 pF-250 pF 可選；支持環(huán)境光抵消與二級(jí)增益調(diào)節(jié)（0 dB/3.5 dB/6 dB/9.5 dB/12 dB），共模抑制比（CMRR）最高 95 dB。
• 功耗與工作條件 ：接收通道功耗 <670 μA（3.3 V 供電），整體功耗 100 μA + 平均 LED 電流；接收電源 2.0 V-3.6 V，發(fā)射電源 3.0 V-5.25 V；工作溫度 0°C-70°C。

封裝與引腳

• 采用 6 mm×6 mm 40 引腳 VQFN（RHA）封裝，引腳包含模擬 / 數(shù)字電源、LED 驅(qū)動(dòng)輸出（TXP/TXN）、光電二極管輸入（INP/INN）、SPI 接口（SCLK/SPISIMO/SPISOMI/SPISTE）及控制引腳（RESET/AFE_PDN/ADC_RDY）。
• 關(guān)鍵引腳功能：INP/INN 連接光電二極管陰陽(yáng)極，TXP/TXN 連接 LED，VCM 引腳提供共模電壓用于信號(hào)屏蔽，BG 引腳需外接 2.2 μF 去耦電容，XIN/XOUT 連接 8 MHz 晶振。

核心功能與特性

• 靈活時(shí)序與控制 ：16 位定時(shí)器模塊支持 11 路信號(hào)時(shí)序編程，可獨(dú)立配置 LED 開啟 / 采樣 / ADC 轉(zhuǎn)換時(shí)間，適配不同傳感器與應(yīng)用場(chǎng)景。
• 環(huán)境光抵消與信號(hào)處理 ：集成數(shù)字環(huán)境光估計(jì)與減法模塊，通過(guò)環(huán)境 DAC 抵消環(huán)境光干擾；二級(jí)放大器增強(qiáng)微弱信號(hào)增益，低通濾波器（500 Hz 帶寬）降低高頻噪聲。
• 故障診斷功能 ：支持光電二極管 / LED 開路 / 短路檢測(cè)、線纜通斷檢測(cè)，通過(guò) LED_ALM/PD_ALM 引腳輸出告警，診斷狀態(tài)可通過(guò)寄存器讀取。
• 低功耗與電源管理 ：支持接收端 / 發(fā)射端獨(dú)立掉電及全芯片掉電模式，掉電功耗低至 0.1 mW；內(nèi)置晶振振蕩器，可輸出 4 MHz 時(shí)鐘供外部微控制器使用。

典型應(yīng)用場(chǎng)景

• 低成本醫(yī)療脈搏血氧儀（SPO?）、光學(xué)心率監(jiān)測(cè)設(shè)備（HRM）、工業(yè)光度測(cè)量系統(tǒng)、便攜式健康監(jiān)測(cè)設(shè)備。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)

• 電源與去耦 ：模擬電源（RX_ANA_SUP）與數(shù)字電源（RX_DIG_SUP）需獨(dú)立供電，就近配置 0.1 μF 陶瓷去耦電容；LED_DRV_SUP 需適配 LED 正向電壓與線纜壓降，建議外接大容量旁路電容。
• 輸入與布線 ：INP/INN 信號(hào)線需短且遠(yuǎn)離數(shù)字電路，長(zhǎng)距離布線需用 VCM 信號(hào)屏蔽；TXP/TXN 為高速開關(guān)信號(hào)，需遠(yuǎn)離敏感模擬路徑，避免串?dāng)_。
• 時(shí)序與配置 ：通過(guò)寄存器配置 LED 電流、TIA 增益、PRF 及采樣時(shí)序，確保 ADC 轉(zhuǎn)換與 LED 脈沖時(shí)序無(wú)重疊；環(huán)境光抵消 DAC 需根據(jù)實(shí)際場(chǎng)景校準(zhǔn)，優(yōu)化動(dòng)態(tài)范圍。
• 診斷與校準(zhǔn) ：上電后建議啟用診斷功能驗(yàn)證硬件連接；通過(guò) ADC_RDY 引腳同步數(shù)據(jù)讀取，確保采樣完整性。

產(chǎn)品型號(hào)與供貨

• 在售型號(hào)為 AFE4400RHAT（250 片 / 小卷帶）與 AFE4400RHAR（2500 片 / 大卷帶），符合 RoHS 標(biāo)準(zhǔn)，MSL 等級(jí) 3（260°C 回流焊，168 小時(shí)濕度敏感）。