該AFE4490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)帶 22 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC） 的低噪聲接收器通道、一個(gè) LED 發(fā)射部分以及用于傳感器和 LED 故障檢測(cè)的診斷組成。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。為了簡化時(shí)鐘要求并為器件提供低抖動(dòng)時(shí)鐘，還集成了一個(gè)振蕩器，該振蕩器由外部晶體供電。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–40°C至85°C。
*附件：afe4490.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）
  • 全范圍內(nèi)的110 dB動(dòng)態(tài)范圍（在低LED電流下實(shí)現(xiàn)低噪聲）
  • LED電流：
    • 可編程范圍為 50 mA、75 mA、100 mA、150 mA 和 200 mA，
      每個(gè)范圍具有 8 位電流分辨率
  • 低功耗：
    • 100 μA + 平均 LED 電流
  • LED 導(dǎo)通時(shí)間可編程性范圍為
    （50 μs + 穩(wěn)定時(shí)間） 至 4 ms
  • 獨(dú)立 LED2、LED1 基準(zhǔn)電流
• 具有高動(dòng)態(tài)范圍的接收通道：
  • 參考輸入噪聲：50 pA 有效值 （在5μA PD電流下）
  • 13.5個(gè)無噪聲位（5μA PD電流時(shí)）
  • 模擬環(huán)境消除方案，可選擇1 μA至10 μA環(huán)境電流
  • 低功耗：3.0V電源時(shí)<2.3 mW
  • 接收采樣時(shí)間：50 μs 至 4 ms
  • I-V 放大器，具有七個(gè)獨(dú)立的 LED2 和 LED1 可編程反饋 R 和 C 設(shè)置
  • 集成數(shù)字環(huán)境估計(jì)和減法
• 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
  • Tx = 3.0 V 或 5.25 V
• 封裝：緊湊型 VQFN-40（6 mm × 6 mm）
• 指定溫度范圍：–40°C 至 85°C

參數(shù)

方框圖

AFE4490 是一款專為脈搏血氧儀設(shè)計(jì)的全集成模擬前端（AFE），集成 LED 驅(qū)動(dòng)、高動(dòng)態(tài)范圍接收通道及 22 位 ADC，支持環(huán)境光抵消、靈活時(shí)序控制與故障診斷功能，以低功耗和高準(zhǔn)確性適用于醫(yī)療脈搏血氧檢測(cè)及工業(yè)光度測(cè)量場(chǎng)景。

核心參數(shù)與性能

• 分辨率與動(dòng)態(tài)性能 ：22 位 ADC 分辨率，輸入?yún)⒖荚肼曤娏?50 pA RMS（5 μA 光電二極管電流下），噪聲無碼位 13.5 位；共模抑制比（CMRR）95 dB，電源抑制比（PSRR）106 dB。
• LED 驅(qū)動(dòng)特性 ：支持 50/75/100/150/200 mA 可編程電流范圍，8 位電流分辨率；LED 開啟時(shí)間 50 μs~4 ms 可調(diào)，支持 H 橋 / 推挽驅(qū)動(dòng)模式。
• 接收通道特性 ：跨阻放大器（TIA）反饋電阻 10 kΩ1 MΩ 可編程，反饋電容 5250 pF 可選；環(huán)境光抵消電流 110 μA 可調(diào)，二級(jí)放大器增益 012 dB 可編程。
• 功耗與工作條件 ：總功耗 <2.3 mW（3.0 V 供電）；接收端電源 2.03.6 V，發(fā)射端電源 3.05.25 V；工作溫度 -40°C 至 85°C。

封裝與引腳

• 采用 6 mm×6 mm 40 引腳 VQFN（RHA）封裝，引腳包含差分模擬輸入（INP/INN）、LED 驅(qū)動(dòng)輸出（TXP/TXN）、SPI 配置接口及狀態(tài)指示引腳。
• 關(guān)鍵引腳功能：VCM 輸出 0.9 V 共模電壓（用于信號(hào)屏蔽），TX_REF 提供 0.75 V 基準(zhǔn)電壓，ADC_RDY 指示 ADC 轉(zhuǎn)換完成，LED_ALM/PD_ALM 輸出故障告警。

核心功能與特性

• 靈活驅(qū)動(dòng)與接收 ：獨(dú)立控制兩路 LED 電流，支持環(huán)境光模擬抵消與數(shù)字減法；TIA 增益、濾波參數(shù)可編程，適配不同光電二極管靈敏度。
• 時(shí)序與校準(zhǔn) ：16 位定時(shí)器精準(zhǔn)控制 LED 開啟、信號(hào)采樣及 ADC 轉(zhuǎn)換時(shí)序；支持 ADC 采樣平均（1~16 次可選），降低噪聲提升穩(wěn)定性。
• 故障診斷 ：集成光電二極管 / LED 開路 / 短路檢測(cè)、線纜連接檢測(cè)，診斷完成時(shí)間 8 ms（快速模式）或 16 ms（慢速模式）。
• 低功耗模式 ：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。

典型應(yīng)用場(chǎng)景

• 醫(yī)療脈搏血氧儀、工業(yè)光度測(cè)量設(shè)備、心率監(jiān)測(cè)設(shè)備、血氧腕戴設(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；TX_REF 引腳需外接 2.2 μF 去耦電容。
• 信號(hào)與布局 ：INP/INN 信號(hào)線需用 VCM 信號(hào)屏蔽，遠(yuǎn)離 TXP/TXN 等高速切換線路；LED 驅(qū)動(dòng)電源需預(yù)留足夠電流裕量，避免開關(guān)噪聲耦合。
• 時(shí)序配置 ：通過 SPI 編程 16 位定時(shí)器，精準(zhǔn)設(shè)置 LED 開啟時(shí)間、采樣窗口及 ADC 轉(zhuǎn)換時(shí)序，避免信號(hào)重疊。
• 校準(zhǔn)與抵消 ：通過 SPI 配置環(huán)境光抵消電流，結(jié)合二級(jí)放大器增益，優(yōu)化弱信號(hào)檢測(cè)性能；定期執(zhí)行診斷功能，確保傳感器連接正常。

產(chǎn)品型號(hào)與供貨

• 在售型號(hào)為 AFE4490RHAR（2500 片 / 大卷帶）與 AFE4490RHAT（250 片 / 小卷帶），均符合 RoHS 標(biāo)準(zhǔn)，MSL 等級(jí) 3（260°C 回流焊，168 小時(shí)濕度敏感）。