AFE5832LP 技术规格与应用总结

该AFE5832LP是一种高度集成的模拟前端 （AFE） 解决方案，专为需要高性能、低功耗和小尺寸的便携式超声系统而设计。

该器件通过具有两个芯片的多芯片模块 （MCM） 实现：1 个 VCA 芯片和 1 个 ADC 芯片。VCA芯片有32个通道，与ADC芯片的16个通道连接。每个ADC通道交替转换奇数和偶数VCA通道。
*附件：afe5832lp.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）、一个可编程衰减器（ATTEN）、一个可编程增益放大器和一个三阶低通滤波器（LPF）。LNA增益可编程为21 dB、18 dB或15 dB。ATTEN支持0 dB至36 dB的衰减范围，衰减具有数字控制。PGA 提供 21 dB 至 27 dB 的增益选项，步长为 3 dB。LPF 截止频率可以设置为 10 MHz 和 25 MHz 之间，以支持不同频率的超声应用。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。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芯片的16个通道可以配置为以12位或10位的分辨率运行。ADC分辨率可以与转换速率进行权衡，在12位和10位分辨率下，最高可分别以80 MSPS和100 MSPS的速度运行。由于每个ADC交替转换两个VCA通道，因此AFE的32个通道中每个通道在12位和10位模式下的最大采样率分别为40 MSPS和50 MSPS。ADC设计用于随采样率缩放其功率。ADC的输出接口通过低压差分信号（LVDS）输出，可以轻松与低成本的现场可编程门阵列（FPGA）连接。

极低功耗的 AFE 解决方案使其适用于具有严格电池寿命要求的系统。

AFE 采用 15 mm × 15 mm 289 引脚 NFBGA 封装，并与 AFE5832 系列引脚兼容。

特性

• 用于超声应用的 32 通道 AFE：
  • LNA、衰减器、LPF、ADC和CW混频器
  • 数字时间增益补偿 （DTGC）
  • 总增益范围：0 dB至48 dB
• 具有可编程增益的低噪声放大器 （LNA）：
  • 1pA/rtHz 的低电流噪声
  • 增益：21 dB、18 dB 和 15 dB
  • 线性输入范围：高达 700 mV聚丙烯
• 可编程衰减器 （ATTEN）：
  • 衰减范围（0.125 dB 步长）：
    0 至 36 dB
  • 数字TGC引擎
• 可编程增益放大器 （PGA）：
  • 增益：21 dB、24 dB 和 27 dB
• 三阶、线性相位、低通滤波器 （LPF）：
  • 截止频率范围为 10 MHz 至 25 MHz
• 16 个 ADC，以 12 位、80 MSPS 或 10 位、100 MSPS 进行转换：
  • 每个ADC以半速率转换两组输入
  • 12位模式：72dBFS SNR
  • 10位模式：61dBFS SNR
• TGC 模式功率：
  • 低功耗模式下最低功耗为 18.5 mW/Ch，4 nV/rtHz，10 位，20 MSPS，LVDS（2 倍速率）
  • 27.8 mW/Ch，3 nV/rtHz，低噪声模式，12位，40 MSPS
  • 24.4 mW/Ch，4 nV/rtHz，低功耗模式，12位，40 MSPS
• 出色的器件间增益匹配：
  • ±0.5 dB（典型值）
• 谐波失真：–55 dBc 电平
• 快速一致的过载恢复
• 连续波 （CW） 路径具有：
  • 在5 MHz载波的1 kHz频率偏移下，接近相位噪声低至–148 dBc/Hz
  • 无信号时功耗：10 mW/通道
  • 相位分辨率：λ/16
  • 12 dB三次和五次谐波抑制
• LVDS接口，速度高达1 Gbps
• 小封装：15 mm × 15 mm NFBGA-289

参数

方框图

AFE5832LP 是德州仪器推出的高集成度 32 通道超声模拟前端（AFE），核心定位为便携式超声系统，兼具低功耗、高信噪比及多功能特性，适用于医疗超声成像、无损检测等场景。

一、核心产品特性与参数

1. 通道与信号链配置

• 32 通道完整信号链，每通道集成低噪声放大器（LNA）、可编程衰减器（ATTEN）、可编程增益放大器（PGA）、三阶低通滤波器（LPF）及 ADC，支持时间增益补偿（DTGC）。
• 双工作模式：TGC 模式用于常规超声成像，连续波（CW）模式支持多普勒测量，内置无源混频器与 16 相位发生器，可实现片上波束成形。

2. 关键性能指标

• 噪声与功耗 ：低功耗模式下每通道功耗仅 18.5 mW（10 位、20 MSPS），低噪声模式 27.8 mW / 通道（12 位、40 MSPS）；LNA 电流噪声 1 pA/√Hz，输入噪声 3~4 nV/√Hz，信噪比（SNR）12 位模式 72 dBFS、10 位模式 61 dBFS。
• 增益与带宽 ：总增益范围 048 dB（LNA 15/18/21 dB 可选，ATTEN 036 dB 步进 0.125 dB，PGA 21/24/27 dB 可选）；LPF 截止频率可编程 10~25 MHz，适配不同超声频率需求。
• ADC 性能 ：16 个 ADC 通道分时处理 32 路输入，12 位模式最高 40 MSPS / 通道，10 位模式最高 50 MSPS / 通道；谐波失真（HD）低至 -55 dBc，三阶、五阶谐波抑制达 12 dB。

3. 接口与封装

• 数字接口：LVDS 输出，速率最高 1 Gbps，可直接对接低成本 FPGA。
• 封装规格：15 mm×15 mm 289 引脚 NFBGA 封装，与 AFE5832 系列引脚兼容，便于设计复用。

二、关键功能与优势

1. 灵活配置与性能优化

• 器件间增益匹配精度典型值 ±0.5 dB，保证多通道一致性；过载恢复快速且稳定，适应复杂信号环境。
• CW 模式具备低近端相位噪声（5 MHz 载波下 1 kHz 偏移处 -148 dBc/Hz），提升多普勒测量灵敏度。

2. 系统适配性

• 支持 SPI 接口编程配置，可灵活调整增益、滤波器截止频率、ADC 分辨率等参数。
• 每通道线性输入范围达 700 mVPP，满足高动态范围信号采集需求。

三、典型应用场景

• 医疗超声成像设备：便携式超声诊断仪、掌上超声设备。
• 工业与检测设备：无损检测仪器、声呐成像设备。
• 探头内电子系统：小型化、低功耗要求的集成式超声探头。

四、订购与封装信息

• 主要型号：AFE5832LPZAV（量产型），工作温度 0~85°C，符合 RoHS 标准。
• 封装特性：289 引脚 NFBGA（ZAV 封装），焊球材质为 SNAGCU， moisture sensitivity level（MSL）等级 3（260°C 峰值回流，168 小时存储）。