AFE43902-Q1 汽车级智能模拟前端（AFE）技术总结

10 位 AFE53902-Q1 和 8 位 AFE43902-Q1 器件 （AFEx3902-Q1） 是双通道智能模拟前端 （AFE），适用于 LED 照明的多斜率热折返。LED灯的输出随着温度的升高而降低。多斜率热折返有助于保持 LED 的稳定光输出，无论温度如何变化，同时将 LED 温度限制在编程阈值内。
*附件：afe43902-q1.pdf

AFEx3902-Q1 具有用于温度输入的 ADC 和作为输出的 DAC 或 PWM 发生器。这些器件具有集成状态机，预编程为多斜率热折返控制器。AFEx3902-Q1 是汽车尾灯和前大灯以及园艺灯热折返的绝佳选择。AFEx3902-Q1 独立于编程到 NVM 中的参数工作，因此使这些智能 AFE 能够实现无处理器应用和设计重用。这些器件还自动检测 I 2C 或 SPI，并具有内部基准电压源。

特性

• 符合 AEC-Q100 标准，适用于汽车应用：
  • 温度等级 1：–40°C 至 +125°C，T A
• 多坡热折返
  • 10位模数转换器（ADC）输入
  • 数模转换器 （DAC） 输出
    • 10 位 （AFE53902-Q1）
    • 8 位 （AFE43902-Q1）
  • 脉宽调制 （PWM） 输出，具有 7 位占空比
  • 从非易失性存储器 （NVM） 进行独立作
  • 基于查找表 （LUT） 的参数配置
  • 热敏电阻分段线性化器
• 自动检测 I 2C 或 SPI
  • 1.62V V IH，V DD = 5.5 V
• VREF/MODE引脚可在编程模式和独立模式之间进行选择
• 用户可编程NVM
• 内部、外部或VDD基准电压源
• 工作范围广
  • 电源：1.8 V 至 5.5 V
• 微型封装：16引脚WQFN（3 mm × 3 mm）

参数

方框图

AFE53902-Q1（10 位）与 AFE43902-Q1（8 位）是德州仪器（Texas Instruments）推出的 汽车级双通道智能模拟前端（AFE） ，专为 LED 照明多斜率热折返控制设计，集成 ADC、DAC/PWM 输出、非易失性存储器（NVM）及自动识别的 I²C/SPI 接口，满足 AEC-Q100 Grade 1（-40°C 至 + 125°C）工业级环境要求，核心应用于汽车尾灯、前照灯等 LED 热管理场景，兼具高精度、低功耗与独立运行能力。以下从核心特性、性能参数、功能架构、应用设计及订购信息等方面展开总结。

一、核心特性与产品定位

1. 基础参数与架构

• 通道与分辨率 ：
  • 通道配置：1 路 10 位 ADC（温度输入）+ 1 路 DAC（电压输出，10 位 / 8 位）+ 1 路 7 位 PWM 输出，双通道独立控制，支持温度 - 电压 / PWM 的多斜率映射，适配 LED 热折返场景。
  • 分辨率差异：AFE53902-Q1（DAC 10 位）、AFE43902-Q1（DAC 8 位），ADC 均为 10 位，满足不同精度需求的 LED 电流 / 电压调节场景。
• 输出模式与范围 ：
  • 电压输出：支持 1×/1.5×/2×/3×/4× 可编程增益，输出范围 0-VDD（1.8V-5.5V），零码误差 6-15mV（VDD=5.5V），适配 LED 驱动电压精准控制。
  • PWM 输出：7 位占空比（0.78%-98.44%，代码 127 对应 100%），频率 0.218kHz-48.828kHz 可调，用于 LED 调光或热折返控制信号输出。
• 供电与功耗 ：
  • 供电电压：1.8V-5.5V 单电源，兼容汽车电子 12V 转 5V/3.3V 供电系统。
  • 功耗：正常工作（状态机使能）典型电流 1.05mA，休眠模式（内部参考关闭）28μA，深度低功耗特性适配汽车低功耗要求。
• 封装与可靠性 ：
  • 封装：16 引脚 WQFN（3mm×3mm），带散热焊盘，结到板热阻 24.1°C/W，优化高温环境散热。
  • 汽车级认证：AEC-Q100 Grade 1（-40°C 至 + 125°C），ESD 防护（人体放电模型 HBM±2000V、带电设备模型 CDM±500V），满足汽车电子严苛可靠性标准。

2. 核心增强功能

• 智能热折返控制 ：
  • 多斜率映射：支持 4 组（x,y）坐标配置温度 - 输出映射关系，通过 NVM 存储折返阈值，实现 LED 温度超限时输出线性 / 非线性调节（如温度升高时降低 LED 驱动电压 / 电流，避免过热损坏）。
  • 热敏电阻线性化：内置 3 段分段线性化算法，补偿 NTC 热敏电阻非线性温度响应，提升温度测量精度（ADC INL±2 LSB，DNL±1 LSB）。
• 存储与独立运行 ：
  • NVM 功能：支持 20000 次擦写（-40°C 至 + 85°C）、50 年数据保留，可存储热折返参数、ADC/DAC 配置、PWM 频率等，上电后自动加载，实现 “无处理器独立运行”，减少对汽车 ECU 的依赖。
  • CRC 校验：内置 16 位 CRC-16 校验，检测 NVM 数据完整性，若数据损坏（如NVM-CRC-FAIL-USER置 1），自动加载出厂默认值，保障配置可靠性。
• 接口与控制 ：
  • 自动识别接口：上电后自动检测 I²C（标准 / 快速 / 快速 + 模式）或 SPI（3 线 / 4 线）协议，无需硬件配置；I²C 支持 4 种设备地址（通过 A0 引脚配置），SPI 写操作最高 50MHz，读操作最高 2.5MHz（FSDO=1）。
  • 模式切换：VREF/MODE 引脚控制模式 —— 拉低启用 I²C/SPI 编程，拉高启用 PWM 输出 + 独立运行，适配 “调试 - 量产” 不同阶段需求。

3. 典型应用场景

• 汽车 LED 照明 ：作为前照灯 / 尾灯的热折返控制器，通过 ADC 采集 LED 温度，DAC/PWM 输出调节驱动电流 / 电压，多斜率算法保障温度变化时 LED 亮度稳定（如 80°C 时输出降至 70%，100°C 时关闭输出）。
• 工业 LED 照明 ：适配园艺灯、工业指示灯等高温环境，利用 NVM 独立运行特性，无需外部处理器即可实现温度闭环控制。

二、关键性能参数

1. 核心电气性能（典型值，TA ​ =25**∘C，VDD​**=**5.5**V，增益 = 1×）

性能类别	参数	AFE53902-Q1（10 位）	AFE43902-Q1（8 位）	单位
DAC（电压输出）	积分非线性（INL）	±1.25 LSB	±1 LSB	LSB
	微分非线性（DNL）	±1 LSB	±1 LSB	LSB
	建立时间（10% FSR）	20 μs（增益 1×）	20 μs（增益 1×）	μs
	输出噪声密度（1kHz）	0.35 μV/√Hz	0.35 μV/√Hz	μV/√Hz
ADC（温度输入）	积分非线性（INL）	±2 LSB	±2 LSB	LSB
	微分非线性（DNL）	±1 LSB	±1 LSB	LSB
	输入电压范围	0-VDD/3	0-VDD/3	V
	数据率（4 次平均）	1406-2008 SPS	1406-2008 SPS	SPS
PWM 输出	占空比范围	0.78%-98.44%	0.78%-98.44%	%
	频率范围	0.218-48.828 kHz	0.218-48.828 kHz	kHz
NVM	擦写次数	20000（-40°C-85°C）	20000（-40°C-85°C）	次
	数据保留时间	50 年	50 年	年

三、核心功能架构

1. 模拟前端模块

（1）ADC 温度采集电路

• 参考选择 ：支持内部（1.21V，温度漂移 60ppm/°C）、外部（1.7V-VDD）或电源（VDD）作为参考，ADC 输入范围 0-VDD/3（需外部衰减器扩展范围），适配 NTC 热敏电阻（10kΩ-100kΩ）温度采集。
• 线性化处理 ：通过 3 组（x,y）坐标配置（SRAM 地址 0x20-0x25），对 NTC 非线性曲线分段线性化，例如将 ADC 代码 0x000（100°C）、0x200（50°C）、0x3FF（0°C）映射为线性温度值，提升热折返控制精度。

（2）DAC/PWM 输出电路

• DAC 电压输出 ：
  • 闭环设计：FBx 引脚与 OUTx 短接形成闭环放大器，避免开环饱和；输出短路电流（VDD=5.5V）典型 60mA，保障 LED 驱动负载能力。
  • 增益配置：通过VOUT-GAIN-x寄存器选择 1×（VDD 参考）、1.5×-4×（内部参考），例如 1.21V×4× 增益对应输出 0-4.84V，适配不同 LED 驱动电压需求。
• PWM 输出 ：
  • 占空比控制：7 位代码对应 0.78%-98.44% 占空比（代码 127 为 100%），频率通过PWM-FREQUENCY寄存器（SRAM 0x2E）配置，例如代码 6 对应 6.104kHz，用于 LED 调光或热折返控制信号。

（3）多斜率热折返控制

• 核心逻辑 ：通过预编程状态机，将 ADC 采集的温度值（经线性化后）映射为 DAC 电压或 PWM 占空比，支持 4 组（x,y）坐标配置多斜率曲线（SRAM 地址 0x26-0x2D），例如：
  • 温度 20°C→输出 4V（代码 0x320）、50°C→5V（0x3FF）、75°C→3.4V（0x2BC）、100°C→0V（0x00），实现 LED 温度升高时的阶梯式输出降低，避免过热损坏。
• 独立运行 ：参数存储于 NVM，上电后无需外部处理器，状态机自动执行热折返逻辑，满足汽车电子 “无 ECU 临时控制” 需求。

2. 存储与接口控制

（1）NVM 与配置存储

• 存储内容 ：支持存储热折返坐标、ADC/DAC 增益、PWM 频率、接口配置等参数，上电后通过 POR（上电复位）自动加载，实现 “上电即工作”。
• 故障保护 ：NVM 内置 CRC 校验，若检测到数据损坏（NVM-CRC-FAIL-USER置 1），自动切换为出厂默认配置，保障系统可靠性。

（2）自动识别接口

• I2C ：支持标准模式（100kbps）、快速模式（400kbps）、快速 + 模式（1Mbps），4 种设备地址（A0 接 AGND/VDD/SDA/SCL），适配多器件级联。
• SPI ：默认 3 线模式（SCLK/SDI/SYNC），NC/SDO 引脚配置为 SDO 后支持 4 线读操作，写操作最高 50MHz，读操作最高 2.5MHz（FSDO=1），满足高速参数配置需求。
• 模式切换 ：VREF/MODE 引脚拉低进入编程模式（I2C/SPI），拉高进入独立运行模式（PWM 输出），无需硬件跳线，简化调试与量产流程。