AFE7950-SP 系列产品技术文档总结

AFE7950-x 是一款高性能、宽带宽的多通道收发器，集成了四个射频采样发射器链、四个射频采样接收器链和两个射频采样反馈链（总共六个射频采样 ADC）。该器件的工作频率高达 12GHz，可在 L、S、C 和 X 波段频率范围内实现直接射频采样，而无需额外的变频级。这种密度和灵活性的提高使高通道数的多任务系统成为可能。

TX信号路径支持插值和数字上变频选项，为四个TX提供高达1200MHz的信号带宽，为两个TX提供高达2400MHz的信号带宽。DUC的输出驱动12GSPS DAC（数模转换器），具有混合模式输出选项，以增强二次奈奎斯特作。DAC输出包括一个可变增益放大器（TX DSA），范围为40dB，模拟步长为1dB，数字步长为0.125dB。
*附件：afe7950-sp.pdf

每个接收器链包括一个 25dB 范围的数字步进衰减器 （DSA），然后是一个 3GSPS ADC（模数转换器）。每个接收器通道都有一个模拟峰值功率检测器和各种数字功率检测器，以辅助外部或内部自主自动增益控制器，以及用于器件可靠性保护的射频过载检测器。灵活的抽取选项可优化四个不带 FB 路径的 RX 高达 1200MHz 的数据带宽，或 600MHz 的 2 个 FB 路径（每个 1200MHz 带宽）。

特性

• AFE7950-SP 的辐射硬度保证：
  • 单事件闩锁 （SEL）：70MeV-cm2/mg
  • RLAT 总电离剂量 （TID）：100krad （Si）
• 耐辐射 AFE7950-SEP：
  • 单事件闩锁 （SEL）：43MeV-cm2/mg
  • RLAT 总电离剂量 （TID）：30krad （Si）
• 四个RF采样12GSPS TX DAC
• 六个射频采样 3GSPS RX ADC
• 最大射频信号带宽：1200MHz（或 2400TX 为 2MHz）
• 射频频率范围：
  • 发射：600MHz至12GHz
  • 接收：5MHz 至 12GHz
• 数字步进衰减器 （DSA）：
  • TX：40dB范围，0.125dB步长
  • RX 或 FB：25dB 范围，0.5dB 步长
• 用于 TX 和 RX 的单频或双频 DUC 或 DDC
• SerDes 数据接口：
  • 8 个高达 24.75Gbps 的 SerDes 收发器
  • 兼容 JESD204B/C 子类 1
• 封装：17mm × 17mm FCBGA，0.8mm 间距
• 筛分：
  • 一个制造、组装和测试站点
  • 产品可追溯性
  • 延长产品生命周期
  • 扩展产品变更通知
  • 供应商物料图纸
  • 辐射批次验收测试 （RLAT）（仅限 AFE7950-Sx）
  • 符合 ASTM E595 出气规范（仅限 AFE7950-Sx）
  • 生产老化（仅限 AFE7950-SP）

参数

方框图

一、产品概述

AFE7950-x 系列是德州仪器推出的高性能、宽带宽多通道射频采样模拟前端（AFE），包含 AFE7950-SP（抗辐射保障型）、AFE7950-SEP（抗辐射耐受型）、AFE7950-EP（增强型）等型号，文档编号 SBASAG7A，2024 年 3 月首次发布，8 月修订。该系列集成 4 个射频采样发射链、4 个射频采样接收链及 2 个射频采样反馈链（共 6 个射频采样 ADC），工作频率最高达 12GHz，支持 L、S、C、X 频段直接射频采样，无需额外频率转换阶段，可提升系统密度与灵活性，适用于卫星通信有效载荷下行链路、卫星遥测有效载荷下行链路等场景。

二、核心特性

（一）抗辐射性能

不同型号抗辐射参数存在差异，具体如下：

型号	单粒子锁定（SEL，RLAT）	总电离剂量（TID，Si）
AFE7950-SP	70MeV-cm²/mg	100krad
AFE7950-SEP	未明确标注	30krad
AFE7950-EP	未明确标注	未明确标注

此外，AFE7950-Sx 型号（含 SP/SEP）还符合 ASTM E595 释气规范，支持单一制造 / 组装 / 测试站点生产、晶圆批次追溯，具备长产品生命周期，且 AFE7950-SP 含生产老化测试。

（二）关键性能参数

1. 收发通道性能
   • 发射端（TX） ：配备 4 个 12GSPS 射频采样 DAC，支持单 / 双频段数字上变频器（DUC），4 通道工作时信号带宽达 1200MHz，2 通道工作时带宽可扩展至 2400MHz；集成 40dB 范围数字步进衰减器（DSA），模拟步进 1dB、数字步进 0.125dB，输出端含可变增益放大器。
   • 接收端（RX） ：6 个 3GSPS 射频采样 ADC，4 通道无反馈路径时信号带宽 1200MHz，2 个反馈路径启用时带宽 600MHz（每通道 1200MHz）；每个接收链含 25dB 范围 DSA，步进 0.5dB，配备模拟峰值功率检测器、多种数字功率检测器及射频过载检测器，保障设备可靠性。
2. 频率与接口
   • 射频频率范围：TX 为 600MHz-12GHz，RX 为 5MHz-12GHz。
   • SerDes 数据接口：8 个 SerDes 收发器，速率最高 24.75Gbps，兼容 JESD204B/C subclass 1，支持 8b/10b 和 64b/66b 编码，含加扰 / 解扰功能（64b/66b 强制，8b/10b 可选）及链路层初始化与监控机制。
3. 其他特性 ：支持单 / 双频段 DUC/DDC（数字下变频器），具备灵活的插值与抽取选项；内置 PLL/VCO 时钟子系统，参考时钟频率 0.1-12GHz，PFD 频率 100-500MHz；符合 ESD 防护标准，人体放电模型（HBM）1000V，带电器件模型（CDM）150V。

三、器件信息

（一）型号详情

型号	等级	封装规格	备注
AFE7950-SP	抗辐射保障型太空级（RHA）	17mm×17mm 塑料基板 FC-BGA，400 焊球，0.8mm 间距	量产
AFE7950-SEP	抗辐射耐受型太空增强级	17mm×17mm FC-BGA，400 焊球，0.8mm 间距	产品预览（未量产）
AFE7950-EP	增强型	未明确标注	产品预览（未量产）
AFE7950ALKSHP	飞行级太空高级塑料	ALK 封装，17mm×17mm，0.8mm 间距	400 引脚，FC-BGA

（二）封装与机械特性

• 采用 17mm×17mm 倒装芯片球栅阵列（FC-BGA）封装，0.8mm 引脚间距，400 个 SnPb 焊球；
• 热学参数：结到环境热阻（RθJA）15.3°C/W，结到外壳（顶部）热阻（RθJC (top)）0.44°C/W，结到板热阻（RθJB）4.8°C/W，结到板特征参数（ΨJB）4.5°C/W；
• 工作结温（TJ）最高 110°C，存储温度范围 - 65-150°C。

四、电气规格

（一）绝对最大额定值

• 电源电压 ：不同电源类型电压范围不同，如 DVDD0P9、VDDT0P9 为 - 0.3-1.2V；VDD1P2 系列（RX/TXCLK 等）为 - 0.3-1.4V；VDD1P8 系列（RX/RXCLK 等）为 - 0.5-2.1V。
• 输入输出电压 ：RXIN±、FBIN±、TXOUT± 等模拟引脚电压范围为 - 0.5 至对应正电源 + 0.3V；REFCLK±、SYSREF± 等数字引脚为 - 0.3-1.4V；GPIO 等 CMOS 接口为 - 0.5 至 VDD1P8GPIO+0.3V。
• 电流与温度 ：任意输入峰值电流 ±20mA，总输入峰值电流 30mA；结温（TJ）最大 150°C，存储温度 - 65-150°C。

（二）推荐工作条件

• 电源电压 ：0.9V 电源（如 DVDD0P9）典型 1.9V，范围 0.925-0.95V；1.2V 电源（如 VDD1P2RX）典型 1.2V，范围 1.15-1.25V；1.8V 电源（如 VDD1P8RX）典型 1.8V，范围 1.75-1.85V。
• 温度 ：工作环境温度 - 45-85°C，工作结温最高 110°C。
• 输入信号 ：CLK± 共模电压典型 0.4V，SYSREF± 共模电压 0-1.0V，差分峰峰值电压随频率不同有特定范围要求。

（三）收发端关键电气特性（典型值 TA=25°C）

1. 发射端（TX）
   • DAC 分辨率 14 位，采样速率 9-12GSPS；输出功率随频率变化，如 fout=850MHz 时典型 4.2dBm，fout=9600MHz 时典型 - 4.3dBm；
   • 线性度：fout=850MHz 时，三阶互调失真（IMD3）典型 - 66dBc（-7dBFS 每音调），无杂散动态范围（SFDR）典型 51dBc；
   • 噪声：20MHz 偏移时噪声谱密度（NSD）典型 - 156dBFS/Hz（fout=850MHz，Atten=0dB）。
2. 接收端（RX）
   • ADC 分辨率 14 位，采样速率 1.5-3GSPS；输入功率范围宽，如 fIN=830MHz 时最小满量程输入功率 - 2.9dBm，最大满量程输入功率（可靠性限制）16.7dBm（DSA=20dB）；
   • 噪声：fIN=830MHz 时，NSD 典型 - 155.2dBFS/Hz（DSA=3dB），噪声系数（NF）最小 19.1dB；
   • 线性度：fIN=830MHz 时，IMD3 典型 - 82dBc（-7dBFS 每音调），SFDR 典型 88dBFS。

（四）功耗特性

不同工作模式下功耗差异显著，例如：

• 模式 1（4T2F-FDD，FB 100% 工作，无 RX） ：总功耗约 6027.1mW，其中 DVDD0P9/VDDT0P9 电流 2041.3mA，VDD1P8 系列总电流 1559.2mA，VDD1P2 系列总电流 1153mA。
• 模式 8（睡眠模式） ：总功耗降至 956.8mW，各电源电流大幅降低，如 DVDD0P9/VDDT0P9 电流 313.1mA，VDD1P2 系列总电流 74.2mA。

五、功能描述

（一）发射链路（TX）

1. DAC 核心与输出模式 ：含 4 个 12GSPS DAC，支持非归零（NRZ）、归零（RTZ）、射频（RF）、双边沿采样（DES）四种输出模式，不同模式在通直流特性、频率范围、峰值功率上有差异，如 RF 模式不通直流，最佳频率范围 F_CLK/2-F_CLK，峰值功率 - 2.8dBFS。
2. 数字上变频器（DUC） ：4 个 DUC 支持 4 路复（I/Q）输入流，插值倍数 2x-256x，内置 64 位频率分辨率数控振荡器（NCO），可混频至目标载波频率，支持相位连续、相干、同步更新模式，频率可通过 SPI 或 FR 接口更新。
3. 数字步进衰减器（DSA） ：40dB 衰减范围，模拟 1dB 步进、数字 0.125dB 步进，衰减精度高，校准后微分非线性（DNL）±0.1dB，相位精度 ±1-2deg（随频率变化）。

（二）接收链路（RX）

1. ADC 核心与信号处理 ：6 个 3GSPS ADC，支持灵活抽取（如 6x、12x、24x），优化数据带宽；每个接收链含 25dB 范围 DSA（0.5dB 步进），校准后衰减精度 ±0.1dB，相位精度 ±0.9-1.8deg。
2. 功率检测与保护 ：内置模拟峰值功率检测器、数字功率检测器，辅助自动增益控制（AGC）；射频过载检测器可保护器件免受过高输入功率损坏。

（三）时钟与同步

1. 时钟子系统 ：包含 PLL/VCO，支持 PLL 时钟模式（6GHz 以下输出频率）和外部时钟模式（6GHz 以上输出频率），参考时钟频率 0.1-12GHz，VCO 有 4 个频段（7.2-7.68GHz、8.8-9.1GHz 等），闭环相位噪声优异，如 fPLL=11.79848GHz 时，1MHz 偏移典型 - 119dBc/Hz。
2. JESD204C 接口同步 ：支持 SYSREF 信号用于多器件同步，SYSREF 周期需为器件内所有时钟整数倍，内置 SYSREF 位置检测器与采样位置选择功能，可通过 SYSREF_ZOOM 调整步长，保证时序裕量。

（四）JESD204C 接口

• 支持 8b/10b 和 64b/66b 编码，16 条 SerDes 通道（AFE7950-SP），速率 9.5-24.75Gbps（依模式不同）；
• 含物理层 CTLE 均衡、链路层初始化与监控，支持多器件同步与确定性延迟，可通过交叉开关映射 lanes 简化 PCB 布线。

六、典型特性（TX/RX）

（一）发射端典型特性

1. 输出功率与衰减 ：输出功率随频率升高略有下降，如 800MHz 时典型 4.2dBm，9.6GHz 时典型 - 4.3dBm；DSA 衰减与输出功率呈线性关系，衰减 40dB 时功率降至 - 35dBm 左右。
2. 线性度与噪声 ：IMD3 随音调间隔增大而改善，如 800MHz 时，20MHz 间隔典型 - 66dBc，400MHz 间隔提升至 - 70dBc；NSD 随衰减增加而升高，如 800MHz 时，Atten=0dB 典型 - 156dBFS/Hz，Atten=39dB 升至 - 134dBFS/Hz。
3. 调制性能 ：20MHz LTE 信号 ACPR 典型 - 68.5dBc（Atten=0dB），100MHz NR 信号 EVM 典型 1-5%（依 DSA 设置变化）。

（二）接收端典型特性

1. 增益平坦度与噪声 ：800MHz 频段内增益平坦度 ±0.2dB（20MHz 带宽），NSD 典型 - 155dBFS/Hz（DSA=4dB），噪声系数最小 19.1dB。
2. 线性度 ：IMD3 随输入幅度降低而改善，如 800MHz 时，-7dBFS 每音调典型 - 82dBc，-30dBFS 每音调提升至 - 110dBc；SFDR 典型 88dBFS（fIN=830MHz）。

七、器件与文档支持

1. 文档更新 ：用户可通过 TI 官网设备产品文件夹注册通知，获取每周文档更新摘要，修订历史记录关键变更（如 2024 年 8 月将射频频率范围从 10.2GHz 更新为 12GHz）。
2. 技术支持 ：提供 TI E2E™支持论坛，工程师可获取验证答案与设计帮助；提供参考设计、安全信息等资源。
3. 静电放电（ESD）警示 ：器件易受 ESD 损坏，需遵循适当防护措施，避免性能退化或失效。
4. 术语表 ：包含文档中关键术语、 acronyms 定义，便于理解技术参数。