AFE7951：高性能射频采样模拟前端的技术解析与应用

Texas Instruments AFE7951 4T4R RF采样模拟前端（AFE）是一款高性能、宽带宽、多通道收发器，集成了四个RF采样发送器链和四个RF采样接收器链。该器件的工作频率高达12GHz，能够在L、S、C和X波段频率范围内进行直接RF采样。此功能无需额外频率转换级即可实现。其灵活性和密度的提高可实现高通道数、多任务系统。

数据手册：*附件：Texas Instruments AFE7951 4T4R RF采样模拟前端数据手册.pdf

TX信号路径支持数字上行和插值变频选项，可为每个TX通道提供高达400MHz的信号带宽。DUC的输出驱动12GSPS DAC（数模转换器），通过混合模式输出选项增强在第二奈奎斯特区的运行。Texas Instruments AFE7951的DAC输出包括一个具有40dB范围以及1dB模拟和0.125dB数字步进的可变增益放大器（TX DSA）。

特性

• 四通道RF采样12GSPS发送DAC
• 四通道RF采样3GSPS接收ADC
• 最大RF信号带宽：400MHz
• 射频频率范围：600MHz至12GHz
• 数字步进衰减器（DSA）
  • TX: 40 dB范围, 0.125 dB步
  • RX：25 dB范围，0.5 dB步进
• 单频带或双频带DUC或DDC
• 每个TX或RX 16个NCO
• 可选内部PLL或VCO，用于DAC或ADC时钟或DAC或ADC采样率的外部时钟
• SerDes数据接口
  • 兼容JESD204B和JESD204C
  • 8个高达29.5Gbps的SerDes收发器
  • 子类1多器件同步
• 封装：17mm×17mm FCBGA，0.8mm脚距

功能框图

AFE7951：高性能射频采样模拟前端的技术解析与应用

1. 引言‌

Texas Instruments的AFE7951是一款集成了4通道发射（TX）和4通道接收（RX）的射频采样模拟前端（AFE），专为高带宽、多通道无线通信和雷达系统设计。其核心特性包括12GSPS的DAC和3GSPS的ADC，支持直接射频采样，覆盖L、S、C和X频段（600MHz至12GHz），无需额外混频级。本文将从器件特性、关键参数、应用场景及设计要点展开分析。

---

‌2. 核心特性与优势‌

‌2.1 高集成度架构‌

• ‌发射路径‌：
  每通道集成12GSPS DAC，支持数字上变频（DUC）和40dB范围的数字步进衰减器（DSA），输出带宽达400MHz。
  • ‌关键性能‌：
    • 输出功率：最高4.2dBm（850MHz，-0.5dBFS）。
    • 无杂散动态范围（SFDR）：>68dBc（850MHz）。
    • 谐波抑制：HD2 <-49dBc，HD3 <-62dBc（850MHz）。
• ‌接收路径‌：
  每通道集成3GSPS ADC，支持25dB DSA和数字下变频（DDC），输入带宽达400MHz。
  • ‌关键性能‌：
    • 噪声密度：-155.2dBFS/Hz（830MHz，DSA=3dB）。
    • SFDR：88.2dBFS（830MHz，AIN=-3dBFS）。

‌2.2 灵活的时钟配置‌

• ‌时钟模式‌：支持PLL内部时钟（参考频率491.52MHz）或外部时钟（最高12GHz）。
• ‌相位噪声‌：
  • PLL模式：-113dBc/Hz@600kHz偏移（11.8GHz输出）。
  • 外部时钟模式：附加相位噪声<-88dBc/Hz@100Hz偏移（9.6GHz）。

‌2.3 接口与同步‌

• ‌数据接口‌：JESD204B/C兼容的8通道SerDes，速率高达29.5Gbps，支持多器件同步（Subclass 1）。
• ‌封装‌：17mm×17mm FCBGA，0.8mm间距，优化高频布局。

---

‌3. 典型应用场景‌

‌3.1 雷达系统‌

• ‌优势‌：宽频带（600MHz-12GHz）支持多波段雷达，高动态范围（TX IMD3 <-66dBc，RX SFDR >80dB）提升目标检测精度。
• ‌案例‌：相控阵雷达前端，利用4T4R通道实现波束成形。

‌3.2 战术通信‌

• ‌需求‌：抗干扰与高吞吐量。AFE7951的DUC/DDC支持多载波聚合（如4×100MHz NR），ACPR <-60dBc（2.6GHz LTE）。

‌3.3 测试设备‌

• ‌适用性‌：宽带信号生成与分析，12GSPS DAC和3GSPS ADC满足5G/Wi-Fi 6E测试需求。

---

‌4. 设计注意事项‌

‌4.1 电源管理‌

• ‌多电压域‌：
  • 数字核心：0.9V（DVDD0P9）。
  • 射频模拟：1.2V/1.8V（VDD1P2RX/VDD1P8TX）。
  • ‌功耗示例‌：4T4R FDD模式总功耗9.04W（12GSPS DAC + 3GSPS ADC）。

‌4.2 热设计‌

• ‌热阻‌：结到环境热阻（RθJA）16.2°C/W，需通过散热器或PCB铜层优化结温（Tj≤110°C）。

‌4.3 布局建议‌

• ‌高频信号‌：
  • 差分对严格等长（如TXOUT±、RXIN±）。
  • 隔离TX/RX通道，降低串扰（典型隔离度>70dB）。

---

‌5. 实测性能与优化‌

‌5.1 发射性能‌

• ‌EVM‌：0.2%（20MHz LTE，850MHz）。
• ‌ACPR‌：-70.7dBc（邻道，850MHz，-13dBFS输出）。

‌5.2 接收性能‌

• ‌IMD3‌：-82.4dBc（830MHz，-7dBFS双音）。
• ‌增益平坦度‌：±0.1dB（600-1500MHz，DSA=4dB）。