AFE532A3W 10 位 300 mA 电流源 DAC技术手册

10 位 AFE532A3W 和 8 位 AFE432A3W （AFEx32A3W） 是 3 通道、缓冲电压输出、电流输出和 ADC 输入、智能模拟前端 （AFE）。AFEx32A3W 支持用于激光二极管和微型电机线性控制的电流源。这些器件支持Hi-Z掉电模式和电压输出断电条件下的Hi-Z输出。通道1可配置为ADC、电压输出DAC或比较器。电压输出DAC提供力检测选项，用作可编程比较器和电流吸收器。多功能 GPIO、功能生成和可编程非易失性存储器 （NVM） 使这些智能 AFE 能够实现无处理器应用和设计重用。这些器件可自动检测 SPI 或 I2C 接口，并包含内部基准电压源。

AFEx32A3W 功能集与微型封装和低功耗相结合，使这些智能 AFE 成为无源光网络 （PON） 和其他工业激光应用中激光二极管功率控制和电吸收调制激光器 （EML） 控制的绝佳选择。
*附件：afe532a3w.pdf

特性

• 电流源DAC：
  • 1LSB DNL
  • 两个量程：300mA 和 220mA
  • 770mV 动态余量
• 双电压输出DAC：
  • 1LSB DNL
  • 收益为 1 ×、1.5 ×、2 ×、3 ×和 4 ×
• 通道1上的ADC输入
• 通道1上的可编程比较器模式
• VDD关闭时的高阻抗输出
• 高阻抗和电阻下拉掉电模式
• 50MHz SPI 兼容接口
• 自动检测 I2C 或 SPI
  • 1.62V VIH，VDD = 5.5V
• 通用输入/输出 （GPIO） 可配置为多种功能
• 预定义波形生成：正弦波、余弦波、三角波、锯齿波
• 用户可编程非易失性存储器 （NVM）
• 内部或电源作为参考
• 工作范围广：
  • 电源：3V至5.5V
  • 温度：–40°C 至 +125°C

参数

方框图

一、产品概述

TX75E16 是德州仪器推出的 高集成度 5 电平 16 通道发射器 ，专为超声成像系统设计，核心优势在于集成 16 路脉冲发生器、16 路收发（T/R）开关及片上波束形成器，支持高压脉冲输出（最高 ±100V）与快速模式切换（T/R 开关通断时间 100ns），适配超声扫描仪、压电驱动器、超声智能探头等场景。器件采用 10mm×10mm 144 引脚 FC-BGA（ALH 封装），集成浮地电源与偏置电压所需的无源元件，大幅减少外部元件数量，工作温度范围 0~70°C，兼顾高性能与小型化需求。

二、核心特性

（一）高压脉冲发射能力

• 5 电平脉冲输出 ：输出电压范围 ±1~±100V，最大输出电流 2A，支持 4A 增强电流模式，适配不同功率需求的超声换能器；
• 宽频带性能 ：带载（1kΩ||240pF）时 - 3dB 带宽随供电电压变化：±100V 供电下 20MHz，±70V 供电下 25MHz，4A 模式（±100V）下 35MHz，满足高频超声成像需求；
• 低失真与噪声 ：5MHz 信号二次谐波 - 45dBc，集成抖动 100fs（100Hz~20kHz），CW 模式近载频相位噪声 - 154dBc/Hz（1kHz 偏移），确保高质量脉冲信号生成；
• 放电功能 ：支持 “真归零”（True return to zero），可将输出放电至地，避免换能器残留电荷影响成像精度。

（二）高速收发切换与保护

• 集成 T/R 开关 ：每通道独立 T/R 开关，导通电阻仅 8Ω，通断时间均为 100ns，切换时瞬态毛刺仅 10mVPP，有效保护低压接收电路免受高压脉冲损坏；
• 可编程负载阻尼 ：支持 200Ω、100Ω、67Ω 三档阻尼电阻配置，适配不同阻抗的换能器，减少信号反射与振荡；
• 低接收功耗 ：接收模式下每通道功耗仅 1mW，降低系统整体功耗，适配电池供电的便携式超声设备（如智能探头）。

（三）片上波束形成器

• 高精度延迟控制 ：延迟分辨率为波束形成器时钟周期的 1/2（最小 2ns），最大延迟为214个时钟周期，波束形成器时钟最高 320MHz，可精确控制各通道脉冲时序，实现超声波束定向发射；
• 多模式图案生成 ：每通道配备 960 字长 RAM 存储图案配置，支持 2000 种不同电平的局部 / 全局重复图案，可生成长时间序列图案（如剪切波成像所需的连续脉冲），支持 120 种延迟配置文件；
• 通道独立控制 ：基于通道的 T/R 开关通断控制与图案配置，可实现多通道异步或同步脉冲发射，灵活适配不同成像模式（如相控阵、线阵超声）。

（四）高速编程与可靠性

• 双编程接口 ：支持高速 LVDS 串行接口（最高 400MHz，延迟配置更新时间 < 500ns）与 CMOS 串行接口（最高 50MHz），适配不同系统数据速率需求；
• 错误检测与保护 ：32 位校验和功能检测 SPI 写入错误，内部错误标志寄存器可识别故障状态并自动触发关断模式；集成温度传感器与自动热关断功能，避免过热损坏；
• 无电源时序要求 ：无需特定电源上电顺序，简化系统电源设计；集成浮地电源与偏置电压的无源元件，减少外部电容数量，降低 PCB 布局复杂度。

三、器件信息与封装

（一）封装与订购信息

订购型号	状态	封装类型	引脚数	包装数量 / 载体	工作温度	关键参数
TX75E16ALH	量产	FC-BGA（ALH）	144	240 片 / JEDEC 托盘（5+1）	0~70°C	焊球材质 SnAgCu，MSL 等级 3（260°C 回流，168 小时吸湿）
TX75E16ALH.B	量产	FC-BGA（ALH）	144	240 片 / JEDEC 托盘（5+1）	0~70°C	同 TX75E16ALH，具体参数需咨询 TI

（二）热学与机械特性

• 封装尺寸 ：10mm×10mm（长 × 宽），0.8mm 引脚间距，适合高密度 PCB 布局；
• 托盘规格 ：存储托盘外部尺寸 315mm（长）×131.95mm（宽），单元口袋间距 15.07mm，角落口袋中心距边缘 12.9mm（X 向）/12.8mm（Y 向），最高耐受温度 150°C，适配工业级仓储与焊接流程。

四、关键术语与应用说明

（一）核心术语定义

缩写	全称	说明
PRT	Pulse Repetition Time	脉冲重复时间，即 TR_BF_SYNC 周期
PRF	Pulse Repetition Frequency	脉冲重复频率，即 TR_BF_SYNC 频率
Receive Mode	接收模式	所有通道 T/R 开关均处于导通状态的时间段
High voltage supplies	高压电源	泛指 AVDDP_HV_A、AVDDM_HV_A、AVDDP_HV_B、AVDDM_HV_B
Low voltage supplies	低压电源	泛指 AVDDP_5、AVDDM_5、AVDDM_1P8
A-side supplies	A 侧电源	特指 AVDDP_HV_A 与 AVDDM_HV_A
B-side supplies	B 侧电源	特指 AVDDP_HV_B 与 AVDDM_HV_B
SPI	Serial Program Interface	串行编程接口，用于写入延迟配置与图案配置

（二）典型应用场景

1. 超声成像系统 ：16 通道脉冲发生器驱动多阵元超声换能器，片上波束形成器控制各通道延迟，实现波束定向发射；T/R 开关在发射时断开保护接收电路，接收时导通传递回波信号，适配相控阵超声扫描仪；
2. 压电驱动器 ：输出 ±1~±100V 高压脉冲驱动压电元件，4A 增强电流模式可满足大功率压电执行器需求，可编程阻尼电阻适配不同容性负载；
3. 超声智能探头 ：小型化封装（10mm×10mm）与低接收功耗（1mW/ch），适合集成于便携式探头，减少探头体积与功耗，提升设备便携性。

五、设计与使用要点

（一）电源配置

• 高压电源 ：A 侧（AVDDP_HV_A/AVDDM_HV_A）与 B 侧（AVDDP_HV_B/AVDDM_HV_B）独立供电，需根据输出电压需求选择 ±70V 或 ±100V 电源，电源纹波需控制在 1% 以内，避免影响脉冲质量；
• 低压电源 ：AVDDP_5（5V）、AVDDM_5（5V 地）、AVDDM_1P8（1.8V）为数字电路与波束形成器供电，需单独滤波（建议并联 1μF 陶瓷电容 + 10μF 钽电容），确保低压电路稳定工作；
• 浮地设计 ：器件集成浮地电源所需无源元件，外部无需额外配置，但需保证浮地与系统地之间的绝缘，避免高压击穿。

（二）编程与控制

• 接口选择 ：高速 LVDS 接口（400MHz）适合需快速更新延迟配置的场景（如实时波束调整），CMOS 接口（50MHz）适合低速配置需求，两者均支持 SPI 协议；
• 配置流程 ：通过 SPI 写入延迟配置文件（120 种可选）与图案配置文件（每通道 960 字），写入后需触发校验和检测，确保数据正确性；故障时可读取错误标志寄存器定位问题（如过热、SPI 写入错误）；
• 波束形成器时钟 ：需外部提供最高 320MHz 时钟，时钟抖动需 < 50fs，避免影响延迟控制精度。

（三）PCB 布局与防护

• 高压布线 ：AVDDP_HV/A、AVDDM_HV/A 等高压引脚布线需满足爬电距离（建议≥0.2mm/100V），采用粗铜皮（≥0.5mm 宽）降低线路压降；
• 信号隔离 ：高压脉冲输出（OUT_1OUT_16）与低压接收信号（RX_1RX_16）需分开布局，间距≥1mm，避免高压耦合干扰；
• ESD 防护 ：器件对静电敏感，需遵循 JEDEC ESD 防护标准（HBM±2000V，CDM±500V），焊接与调试时佩戴防静电手环，PCB 预留 ESD 防护器件位置（如 TVS 管）。

六、文档与技术支持

（一）文档更新与资源

• 文档修订 ：2025 年 7 月修订版更新了 “B 侧电源” 术语定义（明确为 AVDDP_HV_B 与 AVDDM_HV_B），需注意与旧版文档的一致性；
• 支持资源 ：TI 官网提供器件产品文件夹，包含参考设计、应用笔记（如《超声波束形成器配置指南》），E2E 论坛可获取工程师技术支持；
• 通知订阅 ：在 TI 官网器件页面点击 “Alert me”，可接收文档更新通知，及时获取最新规格与设计建议。

（二）订购与包装

• 包装信息 ：量产型号 TX75E16ALH 采用 JEDEC 标准托盘（5+1）包装，每盘 240 片，托盘最高耐受温度 150°C，存储时需避免高温高湿环境；
• RoHS 合规 ：器件符合 RoHS 标准，焊球材质为 SnAgCu，适合无铅焊接工艺，MSL 等级 3，焊接前需按 JEDEC J-STD-033 标准进行吸湿处理。

七、补充说明

• 热管理 ：尽管器件集成热关断功能，仍需在 PCB 上为 ALH 封装预留足够散热面积（建议≥1cm² 铜皮），避免长时间高功率工作导致结温超过 70°C；
• 兼容性 ：T/R 开关输出端需匹配换能器阻抗（通常 50~500Ω），可通过外部匹配网络调整，确保脉冲信号无反射；
• 可靠性测试 ：建议在系统集成阶段测试 T/R 开关切换瞬态、高压脉冲失真度及波束形成延迟精度，确保满足超声成像的分辨率与信噪比要求。

AFE432A3W/AFE532A3W 技术文档总结

（文档编号 SLASFB2A，2023 年 11 月发布，2025 年 7 月修订）

一、产品概述

AFE432A3W（8 位分辨率）与 AFE532A3W（10 位分辨率）是德州仪器推出的 三通道智能模拟前端（AFE） ，核心优势在于集成电压输出、电流输出与 ADC 输入功能，适配激光二极管控制、电光调制器（EML）偏置等工业场景。器件采用 16 引脚 DSBGA（YBH 封装，1.76mm×1.76mm），支持 35.5V 宽电压供电，工作温度 - 40125°C，通过非易失性存储器（NVM）、自动接口检测（I²C/SPI）及波形生成功能，实现无处理器独立运行，兼顾高精度与低功耗需求。

二、核心特性

（一）多通道功能配置

型号	分辨率	通道 0 功能	通道 1 功能	通道 2 功能
AFE432A3W	8 位	电压输出 DAC	电压输出 DAC / 比较器 / ADC 输入	电流输出 DAC（IDAC）
AFE532A3W	10 位	电压输出 DAC	电压输出 DAC / 比较器 / ADC 输入	电流输出 DAC（IDAC）

• 电压输出 DAC ：支持 1×/1.5×/2×/3×/4× 增益（内部 1.21V 基准或 VDD 作为参考），输出电压范围 0~VDD，积分非线性（INL）最大 ±1.25LSB（10 位）/±1LSB（8 位），微分非线性（DNL）最大 ±1LSB，确保高精度信号生成；
• 电流输出 DAC ：两档输出范围（IOUT-GAIN=000b 时 300mA，IOUT-GAIN=001b 时 220mA），最小输出电压裕量 770mV（300mA 输出时），适配激光二极管、微型电机等负载；
• ADC 输入 ：仅通道 1 支持，10 位分辨率，输入电压范围 0~VDD/3，积分非线性（INL）最大 ±2LSB，数据速率最高 2008SPS（4 次采样平均），可用于传感器信号监测（如光电二极管电流采样）。

（二）低功耗与宽工作范围

• 功耗优化 ：正常模式下每通道电流典型 150μA（电压输出）、172μA（电流输出，midscale）；休眠模式（内部基准关闭）电流≤28μA，深度休眠模式≤3μA，适配电池供电设备；
• 供电与温度 ：单电源供电 3~5.5V（PVDD 与 VDD 短接），结温最高 150°C（无自动热关断，需外部监控负载电流与环境温度）；
• 关断特性 ：VDD 关闭时输出自动进入高阻态（Hi-Z），泄漏电流≤500nA（VOUT≤5.5V），避免系统断电时信号干扰，适合电压裕度调节场景。

（三）智能功能与可靠性

1. 波形生成与控制
   • 支持正弦、三角波、锯齿波 / 逆锯齿波预定义波形，频率通过步长（132LSB）与周期（4μs5.12ms / 步）编程调整，正弦波含 24 个预设采样点，相位可配置 0°/90°/120°/240°；
   • 数字摆率控制：线性 / 对数摆率可选，线性摆率最小 4μs / 步，对数摆率按 3.125% 比例递增 / 递减，适配激光功率平滑调节、电机渐变启动等场景。
2. 故障防护与存储
   • 集成 NVM（擦写寿命 20000 次 @-40~85°C，1000 次 @125°C），支持寄存器配置（增益、输出范围、GPIO 功能）永久存储，上电自动加载，避免重复初始化；
   • 故障检测：NVM 循环冗余校验（CRC-16-CCITT）、比较器窗口告警、PROTECT 引脚触发（故障时输出切换至高阻 / 预设状态），提升系统可靠性；
   • 比较器功能：通道 1 可配置为无滞回 / 滞回 / 窗口比较器，响应时间典型 10μs（推挽输出，25pF 负载），支持可编程阈值与输出极性反转，适配过压 / 欠压检测。
3. 灵活接口与控制
   • 双编程接口 ：自动检测 I²C（标准模式 100kbps / 快速模式 400kbps / 快速 + 模式 1Mbps）或 SPI（最高 50MHz），GPIO/SDO 引脚可配置为 SDO（支持 SPI 读回）、LDAC（加载 DAC 数据）、RESET（器件复位）等 8 种功能，支持无处理器手动控制；
   • 广播功能 ：支持通过 BRDCAST-DATA 寄存器同步更新多器件输出，适配多通道协同场景（如多激光阵列控制）；
   • ADC 监测 ：通道 1 配置为 ADC 时，FB1 引脚需上拉至 VDD，AIN1 引脚作为模拟输入，支持 4~32 次采样平均，降低噪声干扰。