AFE58JD28 技术文档核心内容总结

AFE58JD28 器件是一款高度集成的模拟前端 （AFE） 解决方案，专为需要高性能、低功耗和小尺寸的超声系统而设计。

AFE58JD28 是一款针对医学超声应用优化的集成 AFE。该器件通过具有两个芯片的多芯片模块 （MCM） 实现：一个压控放大器 （VCA） 芯片和一个模数转换器 （ADC） 芯片。VCA芯片有16个通道，与ADC芯片的16个通道连接。
*附件：afe58jd28.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 截止频率可以设置为 10 MHz 和 30 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，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芯片的16个通道可以配置为以14位或12位的分辨率运行。ADC分辨率可以与转换速率进行权衡，在14位和12位分辨率下，最高速度分别为65 MSPS和80 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，该信号可以轻松与低成本的现场可编程门阵列（FPGA）连接。

该AFE58JD28还包括一个数字解调器和JESD204B数据打包块。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。该器件还支持运行速度高达 5 Gbps 的可选JESD204B接口，进一步降低了高通道数系统中的电路板布线挑战。

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，这些器件是适合具有严格电池寿命要求的系统的超声AFE解决方案。

该器件采用 15 mm × 15 mm NFBGA-289 封装，与 AFE5818 和 AFE5816 系列引脚兼容。

特性

• 用于超声应用的 16 通道 AFE：
  • 针对TGC和CW模式优化的信号链
  • 四个可编程 TGC 配置文件
• 低噪声放大器 （LNA） 具有：
  • 可编程增益：21 dB、18 dB和15 dB
  • 线性输入信号幅度：0.37 V 聚丙烯 ， 0.5 伏聚丙烯和 0.71 V聚丙烯
  • 主动终止
• 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
• 三阶线性相位低通滤波器（LPF）：
  • 截止频率范围为 10 MHz 至 30 MHz
• ADC模式（空闲通道SNR）：
  • 14位、65MSPS模式：75dBFS
  • 12位、80MSPS模式：72dBFS
• 针对噪音和功率进行了优化：
  • TGC 模式：102 mW/Ch，0.8 nV/√Hz，65MSPS，14
    位输出
  • CW 模式：63 mW/通道
• 出色的器件间增益匹配：
  • ±0.4 dB（典型值）
• 快速一致的过载恢复
• 连续波 （CW） 路径具有：
  • 接近相位噪声低，为–159 dBc/Hz，频率偏移为1kHz，2.5MHz载波关闭
  • 相位分辨率：λ / 16
  • 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：
  • 分数抽取滤波器 M = 1 到 63，增量为 0.25
  • 抽取后数据吞吐量降低
  • 片上 RAM，具有 32 个预设配置文件
• 速度高达 1 Gbps 的 LVDS 接口
• 5 Gbps JESD 接口：
  • JESD204B 0、1 和 2 子类
  • 每个 JESD 通道 2、4 或 8 个通道
• 小封装：15 mm × 15 mm NFBGA-289

参数

方框图

AFE58JD28 是德州仪器推出的高集成度 16 通道超声模拟前端（AFE），专为超声成像系统设计，在低噪声、低功耗基础上新增数字解调与高速 JESD204B 接口，适配医疗超声、无损检测、声纳成像等高性能场景。

一、产品基础信息

• 文档与版本 ：文档版本为 SBAS864，发布于 2017 年 7 月，包含核心特性、功能说明、封装参数及订购信息，无后续修订记录。
• 核心定位 ：采用多芯片模块（MCM）架构，集成 VCA 芯片与 ADC 芯片，支持 TGC（时间增益补偿）和 CW（连续波）双模式，新增数字 I/Q 解调器与 JESD204B 接口，降低系统复杂度与布线难度。
• 兼容性 ：引脚兼容 AFE5818、AFE5816 系列产品，便于现有系统升级替换。

二、核心特性与参数

（一）通道与信号链

• 16 个独立通道，每个通道集成完整信号链，TGC 模式与 CW 模式可灵活切换，支持 4 种可编程 TGC 配置文件。
• TGC 模式信号链 ：低噪声放大器（LNA）+ 压控衰减器（VCAT）+ 可编程增益放大器（PGA）+ 3 阶低通滤波器（LPF），信号处理链路完整，适配脉冲超声成像。
• CW 模式信号链 ：LNA + 16 选相移无源混频器 + 求和放大器 + 带通滤波器，支持 8 倍 / 16 倍 CW 时钟，3 次 / 5 次谐波抑制达 12 dB，适配多普勒测量。

（二）关键性能参数

• 噪声与增益 ：LNA 噪声低至 0.8 nV/√Hz，可编程增益为 15 dB/18 dB/21 dB；PGA 增益 18 dB-27 dB（3 dB 步进）；通道间增益匹配典型值 ±0.4 dB，一致性优异。
• 衰减与滤波 ：VCAT 衰减范围 0 dB-36 dB，支持模拟电压控制；LPF 截止频率 10 MHz-30 MHz 可调，线性相位特性保障信号完整性。
• ADC 性能 ：支持 14 位 / 65 MSPS 和 12 位 / 80 MSPS 两种模式，空闲通道信噪比（SNR）分别为 75 dBFS 和 72 dBFS，功耗随采样率自适应调节。
• CW 模式特性 ：载波 2.5 MHz 时，1 kHz 频偏处相位噪声低至 -159 dBc/Hz，相位分辨率达 λ/16，提升多普勒测量灵敏度。

（三）新增核心功能

• 数字 I/Q 解调器 ：支持分数抽取滤波（抽取因子 M=1-63，步长 0.25），降低数据吞吐量，内置 32 组预设配置文件的片上 RAM，加速计算密集型算法。
• 双输出接口 ：保留 LVDS 接口（速率最高 1 Gbps），兼容低成本 FPGA；新增 JESD204B 接口（速率最高 5 Gbps），支持子类 0/1/2，每通道可配置 2/4/8 路 JESD 通道，减少高通道数系统布线难度。

（四）功耗优化

• TGC 模式：每通道功耗 102 mW（0.8 nV/√Hz、14 位 / 65 MSPS 配置）；CW 模式：每通道功耗 63 mW，适配低功耗系统需求。

三、封装与工作环境

• 封装类型 ：采用 289 引脚 NFBGA 封装，封装尺寸 15.00 mm×15.00 mm，焊球材质为 SNAGCU，符合无铅标准。
• 工作条件 ：工作温度范围 -40°C-85°C，满足宽温应用场景；存储与运输需注意 ESD 防护，建议引脚短接或放置于导电泡沫中，避免 MOS 栅极损坏。

四、典型应用与兼容产品

（一）应用场景

• 医疗超声成像设备、无损检测设备、声纳成像设备等对信号完整性、数据传输速率有高要求的场景。

（二）兼容与配套产品

• 同系列产品：AFE5818（140 mW / 通道，0.75 nV/√Hz 噪声）、AFE5816（90 mW / 通道，1 nV/√Hz 噪声）、AFE58JD18（同架构带 JESD 接口）。
• 配套推荐：时钟芯片（LMK0482x、CDCM7005）、运算放大器（THS413x、OPA1632）、数字隔离器（ISO724x）等。