AFE58JD48 12.8 GB JESD204B超声 AFE技术手册

AFE58JD48 设备是一款高度集成的模拟前端 （AFE） 解决方案，专为高级超声系统而设计。

AFE58JD48 是一款集成式 AFE，针对高级医疗超声应用进行了优化。该器件通过具有三个芯片的多芯片模块 （MCM） 实现：一个 16 通道压控放大器 （VCA） 芯片和两个 8 通道模数转换器 （ADC） 芯片。
*附件：afe58jd48.pdf

VCA芯片中的每个通道都可以配置为两种模式之一：时间增益补偿（TGC）模式或连续波（CW）模式。在TGC模式下，每个通道包括一个低噪声放大器（LNA）、一个压控衰减器（VCAT）、一个可编程增益放大器（PGA）和一个三阶低通滤波器（LPF）。LNA可编程增益为21 dB、18 dB或15 dB。LNA 还支持主动终止。VCAT支持0 dB至36 dB的衰减范围，并具有衰减的模拟电压控制。PGA 提供 18 dB 至 27 dB 的增益选项，步长为 3 dB。LPF截止频率可设置在10 MHz至60 MHz之间，以支持不同频率的超声应用，尤其是新兴的高频超声成像应用。在CW模式下，LNA的输出进入具有16个可选相位延迟的低功耗无源混频器，然后是带有带通滤波器的求和放大器。可以对每个模拟输入信号施加不同的相位延迟，以执行片内波束成形作。CW 混频器中的谐波滤波器抑制三次和五次谐波，以提高 CW 多普勒测量的灵敏度。

ADC芯片可配置为以16位或14位的分辨率运行。该ADC主要支持运行速度高达12.8 Gbps的JESD204B接口，并降低了高通道数系统中的电路板布线挑战。ADC的输出接口也可以设置为低压差分信号（LVDS），可以轻松与低成本的现场可编程门阵列（FPGA）连接。ADC可以以125 MSPS 16位的最大速度运行，并通过JESD204B接口发送数字化数据。当使用LVDS接口时，ADC的采样率和分辨率受到1.28 Gbps的LVDS输出速率或16位分辨率下80 MSPS的限制。在这种情况下，可以配置14位分辨率的ADC以更高的速度采样，但仍保持相同的输出数据速率。ADC设计用于随采样率缩放其功率。

该AFE58JD48还包括一个数字解调器模块。数字同相和正交 （I/Q） 解调器具有可编程抽取滤波器，可在低功耗下加速计算密集型算法。

该器件还允许选择各种功率和噪声组合来优化系统性能。因此，该设备是适合由墙壁插座或电池供电的高级系统的超声 AFE 解决方案。

特性

• 用于超声应用的 16 通道 AFE：
  • 四个可编程 TGC 设置配置文件
• 带有源端接的低噪声放大器 （LNA）：
  • 可编程增益：21 dB、18 dB 和 15 dB
  • 线性输入幅度：0.37/0.5/0.71 V聚丙烯
  • 最大输入幅度：1 Vpp
• 压控衰减器 （VCAT）：
  • 衰减范围：0 dB–36 dB
• 可编程增益放大器 （PGA）：
  • 18 dB–27 dB，步长为 3 dB
• 三阶、10 ~ 60 MHz 低通滤波器 （LPF）
• ADC空闲通道SNR：
  • 16位、125MSPS模式：80dBFS
  • 14位、80MSPS模式：79dBFS
• 出色的近场信噪比：74-dBFS
• TGC 模式JESD204B输出
  • 140 mW/通道，0.8 nV/√Hz，125 MSPS，16 位
  • 120 mW/通道，0.8 nV/√Hz，80 MSPS，16 位
  • 115 mW/通道，0.8 nV/√Hz，65 MSPS，16 位
  • 105 mW/通道，0.8 nV/√Hz，40 MSPS，16 位
• TGC 模式 LVDS 输出
  • 120 mW/通道，0.8 nV/√Hz，80 MSPS，16 位
  • 115 mW/通道，0.8 nV/√Hz，65 MSPS，16 位
  • 150 mW/通道，0.8 nV/√Hz，125 MSPS，16 位，抽取 2，LVDS 0.5x 模式
• CW 模式：63 mW/Ch，1.15 nV/√Hz
• ±0.4 dB（典型值）器件间增益匹配
• 快速一致的过载恢复
• 连续波 （CW） 路径具有：
  • –159 dBc/Hz 1kHz 载波外的相位噪声
  • λ / 16 相位分辨率
  • 支持 16 倍和 8 倍连续时钟
  • 12 dB 抑制 3 次和 5 次谐波
• 数字 I/Q 解调器，带数据缩减功能
  • 分数抽取滤波器 M = 1 到 63，增量为 0.25
  • 片上 RAM，具有 32 个预设配置文件
• LVDS接口，速度高达1.28 Gbps
• 10 Gbps JESD204B子类 0、1 和 2
  • 高达 12.8 Gbps，带 10 cm PCB 走线
  • 每个 JESD 通道 2、4 或 8 个通道

参数

方框图

AFE58JD48 是德州仪器推出的高集成度 16 通道超声模拟前端（AFE），专为高端超声系统及相关成像应用设计。

核心参数与特性

• 通道与工作模式 ：16 个通道，支持时间增益补偿（TGC）和连续波（CW）两种模式，TGC 模式含 4 种可编程配置文件。
• 信号链性能 ：低噪声放大器（LNA）增益可选 15/18/21 dB，压控衰减器（VCAT）衰减范围 0-36 dB，可编程增益放大器（PGA）增益 18-27 dB（3 dB 步进）。
• 滤波与 ADC ：3 阶低通滤波器（LPF）截止频率 10-60 MHz；ADC 支持 16 位 / 14 位分辨率，最高采样率 125 MSPS（16 位 JESD 模式），空闲通道 SNR 达 80-dBFS。
• 接口与功耗 ：兼容 JESD204B（最高 12.8 Gbps）和 LVDS（最高 1.28 Gbps）接口；TGC 模式功耗 105-150 mW / 通道，CW 模式低至 63 mW / 通道，噪声低至 0.8 nV/√Hz。
• 核心功能 ：内置数字 I/Q 解调器、分数抽取滤波器（M=1-63，步长 0.25），CW 模式支持 16/8 倍时钟、λ/16 相位分辨率，可抑制 3 次 / 5 次谐波。

应用场景

适用于医疗超声成像、高频超声成像、无损检测（NDT）、声纳 / 雷达 / LiDAR 成像设备及多通道数据采集系统。

封装与订购信息

• 采用 15mm×15mm NFBGA-289 封装，与 AFE58JD28/18 引脚兼容。
• 量产型号为 AFE58JD48ZAV 系列，JEDEC 托盘包装（126 片 / 盘），符合 RoHS 标准。
• 引脚镀层为 SNAGCU，MSL 等级 3，峰值回流温度 260°C，工作温度 0°C 至 85°C。