Texas Instruments AFEx39xx/AFEx39xx-Q1智能模拟前端 (AFE) 设计用于使用电压或PWM输出进行热电冷却 (TEC) 控制。AFE639D2支持I^2^C控制器与外部数字温度传感器连接。AFE639D2和AFE539A4支持电压输出，AFE439A2支持PWM输出。AFEx39xx/AFEx39xx-Q1支持比较器通道，用于故障管理。这些器件在断电期间还支持DAC通道上的Hi-Z关断模式和Hi-Z输出。这些器件具有集成状态机，预编程为比例积分 (PI) 控制器。AFEx39xx/AFEx39xx-Q1非常适合用于TEC控制、温度控制和动态余量控制应用。Texas Instruments AFEx39xx/AFEx39xx-Q1集成了高级特性、内部基准和NVM，支持该智能AFE用于无处理器应用和设计重用。

数据手册；

*附件：AFEx39xx-Q1数据手册.pdf

*附件：AFEx39xx数据手册.pdf

特性

• 集成比例积分 (PI) 控制
  • 由非易失性存储器 (NVM) 独立运行
  • 可编程比例和积分增益
  • 用于输出钳位的比较器输入
  • 针对输出的可编程最小值、最大值和共模值
  • 可编程环路相位反转
• AFE639D2
  • I^2^C控制器，用于外部数字温度传感器接口
  • 12位DAC输出：4LSB DNL、1LSB DNL
• AFE539A4
  • 10位ADC输入：2LSB INL、1LSB DNL
  • 10位DAC输出：1LSB INL和DNL
• AFE439A2
  • 8位ADC输入：1LSB INL和DNL
  • 7位占空比PWM输出
• 用于故障管理的可编程比较器
• 当VDD 关闭时，DAC通道上具有高阻抗输出
• 自动检测I^2^C或SPI
  • VDD = 5.5V时，VIH 为1.62V
• VREF/MODE引脚在编程模式和独立模式之间选择
• 用户可编程NVM
• 内部、外部或电源作为基准
• 宽工作范围
  • 电源电压范围：1.8V至5.5V
  • 温度范围：–40˚C至+125˚C
• 微型封装：16引脚WQFN (3mm × 3mm）

功能框图

德州仪器AFEx39xx系列智能模拟前端芯片技术解析

一、产品概述

德州仪器(TI)的AFEx39xx系列（包括AFE439A2、AFE539A4和AFE639D2）是专为热电冷却器(TEC)控制设计的智能模拟前端(AFE)芯片，提供电压和PWM输出功能。该系列采用16引脚WQFN封装(3mm×3mm)，工作温度范围覆盖-40°C至+125°C，电源电压范围1.8V至5.5V。

二、关键特性与技术亮点

1. 多分辨率架构

• ‌AFE639D2‌：集成12位DAC输出（DNL 4LSB，INL 1LSB）
• ‌AFE539A4‌：10位ADC输入（INL 2LSB）和10位DAC输出（INL/DNL 1LSB）
• ‌AFE439A2‌：8位ADC输入（INL/DNL 1LSB）和7位占空比PWM输出

2. 集成PI控制器

• 支持独立运行（通过非易失性存储器NVM）
• 可编程比例和积分增益
• 输出钳位比较器输入
• 可编程最小/最大/共模输出值
• 环路相位反转功能

3. 先进接口功能

• 自动检测I2C或SPI接口
• AFE639D2支持外部数字温度传感器的I2C控制器接口
• VREF/MODE引脚选择编程模式和独立模式

4. 故障管理

• 可编程比较器用于故障检测
• DAC通道在VDD关闭时高阻抗输出
• 完备的诊断监控（电源/时钟/数字监控）

三、典型应用场景

1. ‌激光控制系统‌：精确温度稳定
2. ‌化学与气体分析仪‌：高精度信号调理
3. ‌机械扫描LiDAR‌：快速响应控制
4. ‌机器人传感模块‌：多通道数据采集
5. ‌移动机器人传感‌：低功耗运行
6. ‌导引头前端‌：高可靠性设计

四、核心功能架构

1. 信号链设计

• ‌电压输出模式‌：通过OUTx和FBx引脚形成闭环放大器
• ‌PWM输出‌（AFE439A2）：7位分辨率，频率可调(0.218kHz-48.828kHz)
• ‌比较器模式‌：可配置为推挽或开漏输出，支持输出反转

2. 参考电压选项

1. ‌内部参考‌：1.21V典型值，温度系数50ppm/°C
2. ‌外部参考‌：1.7V至VDD范围
3. ‌电源参考‌：直接使用VDD作为参考

3. PI控制实现

• ‌误差处理‌：(设定值 - 反馈值)×KP + Σ(误差)/KI
• ‌安全机制‌：比较器触发时输出预定义固定值
• ‌参数配置‌：
  • KP：比例增益(16位)
  • KI：积分增益倒数(16位)
  • 输出限幅(MIN/MAX-OUTPUT)
  • 共模偏移(COMMON-MODE)

五、设计要点

1. 布局建议

• 模拟/数字地分离，单点连接
• 关键信号路径对称布线
• 电源去耦(1μF+100nF组合)
• 热焊盘必须接地

2. 寄存器配置流程

1. 停止状态机(STATE-MACHINE-CONFIG0)
2. 设置DAC工作模式(DAC-x-VOUT-CMP-CONFIG)
3. 配置PI参数(SRAM映射寄存器)
4. 启用内部参考(COMMON-CONFIG)
5. 启动状态机

3. 保护功能

• 输入过压/欠压保护(ACOV/ACUV)
• 电池过压保护(BAT_OVP)
• 热关断保护(TSHUT)
• ESD保护(±2000V HBM)

六、选型指南

型号	分辨率	特色功能	适用场景
AFE439A2	8位ADC	7位PWM输出	基础温度控制
AFE539A4	10位ADC	双通道电压输出	精密温控系统
AFE639D2	12位DAC	I2C控制器接口	高精度数字传感器接口