AFE5816 产品核心信息总结

该AFE5816是一种高度集成的模拟前端 （AFE） 解决方案，专为需要高性能、低功耗和小尺寸的超声系统而设计。

该AFE5816是一款集成模拟前端 （AFE），针对医疗超声应用进行了优化。AFE5816 是一款多芯片模块 （MCM） 器件，具有两个芯片：VCA 和 ADC_CONV。每个芯片共有 16 个通道。
*附件：afe5816.pdf

VCA芯片中的每个通道都可以配置为两种模式：时间增益补偿（TGC）模式和连续波（CW）模式。在TGC模式下，每个通道都包括一个输入衰减器（ATTEN）、一个具有可变增益的低噪声放大器（LNA）和一个三阶低通滤波器（LPF）。衰减器支持8dB至0dB的衰减范围，LNA支持14dB至45dB的增益范围。LPF 截止频率可配置为 10MHz、15MHz、20MHz 或 25MHz，以支持不同频率的超声应用。在CW模式下，每个通道包括一个固定增益为18dB的LNA，以及一个具有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。CW模式支持三种时钟模式：16X、8X和4X。

ADC_CONV芯片的每个通道都有一个高性能模数转换器 （ADC），可编程分辨率为 14 位或 12 位。该ADC在14位模式下实现75dBFS信噪比（SNR），在12位模式下实现72dBFS SNR。该ADC在低通道增益下提供出色的SNR。这些器件以 65 MSPS 和 80 MSPS 的最大速度运行，分别提供 14 位和 12 位输出。该ADC设计用于随采样率缩放功率。ADC的输出接口是低压差分信号（LVDS）接口，可以轻松与低成本现场可编程门阵列（FPGA）连接。

该AFE5816还允许选择各种功率和噪声组合以优化系统性能。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AFE5816采用15mm×15mm NFBGA-289封装（ZAV封装，S-PBGA-N289），额定工作温度范围为–40°C至+85°C。 该器件还与AFE5818系列引脚兼容。

特性

• 用于超声应用的 16 通道 AFE：
  • 输入衰减器、LNA、LPF、ADC 和 CW 混频器
  • 针对 TGC 和 CW 模式优化的信号链
  • 数字时间增益补偿 （DTGC）
  • 总增益范围：6dB至45dB
  • 线性输入范围：1VPP
• 带 DTGC 的输入衰减器：
  • 衰减为8dB至0dB，步长为0.125dB
  • 支持以下匹配阻抗：
    • 50Ω至800Ω源阻抗
• 带 DTGC 的低噪声放大器 （LNA）：
  • 14dB至45dB增益，步长为0.125dB
  • 低输入电流噪声：1.2pA/√ Hz
• 三阶线性相位低通滤波器 （LPF）：
  • 10MHz、15MHz、20MHz 和 25MHz
• 具有可编程分辨率的模数转换器 （ADC）：
  • 14位ADC：65 MSPS时为75dBFS空闲通道SNR
  • 12位ADC：80 MSPS时为72dBFS空闲通道SNR
• LVDS 接口，最高速度高达 1GBPS
• 针对噪音和功率进行了优化：
  • 90mW/Ch，1nV/√ Hz，65 MSPS，TGC 模式
  • 55mW/Ch，1.45nV/√ Hz，40 MSPS，TGC 模式
  • 59mW/通道，CW模式
• 出色的器件间增益匹配：
  • ±0.5dB（典型值）
• 低谐波失真：–60dBc 电平
• 快速一致的过载恢复
• 连续波 （CW） 路径具有：
  • 无源混合器
  • 1kHz频率下接近相位噪声低至–148dBc/Hz
  • 相位分辨率：λ / 16
  • 支持 16X、8X、4X 和 1X CW 时钟
  • 12dB 抑制 3 次和 5 次谐波
• 小封装：15mm × 15mm NFBGA-289

参数

方框图

AFE5816 是德州仪器推出的 16 通道超声模拟前端（AFE），核心优势为低功耗、低噪声、高集成度，适配超声成像及高速数据采集场景，兼具 TGC 和 CW 双工作模式。

核心参数与特性

• 硬件规格 ：16 通道设计，集成输入衰减器、LNA、LPF、ADC 及 CW 混频器；ADC 支持可编程分辨率（14 位 / 65 MSPS 或 12 位 / 80 MSPS）。
• 性能表现 ：1nV/√Hz 低噪声（65 MSPS 时），14 位模式 SNR 达 75dBFS，12 位模式 SNR 达 72dBFS；总增益范围 6dB~45dB，输入线性范围 1VPP。
• 功耗与封装 ：通道功耗低至 55mW（40 MSPS TGC 模式）、59mW（CW 模式）、90mW（65 MSPS TGC 模式）；采用 15mm×15mm 289 引脚 NFBGA 封装，MSL 等级 3。
• 接口与环境 ：支持 LVDS 接口（最高 1Gbps），SPI 控制；工作温度范围 - 40°C~+85°C，器件间增益匹配典型值 ±0.5dB，谐波失真 - 60dBc。

功能与工作模式

• TGC 模式 ：输入衰减器（0dB8dB，0.125dB 步进）、可变增益 LNA（14dB45dB，0.125dB 步进）、3 阶线性相位 LPF（可选 10/15/20/25MHz 截止频率），支持数字时间增益补偿（DTGC）。
• CW 模式 ：18dB 固定增益 LNA、低功耗无源混频器，支持 16 档相位延迟（λ/16 相位分辨率）；抑制 3 次 / 5 次谐波（12dB suppression），支持 1X/4X/8X/16X CW 时钟，近载相位噪声 - 148dBc/Hz（1kHz 偏移）。
• 其他功能 ：支持 50Ω~800Ω 源阻抗匹配，快速过载恢复，LVDS 接口便于连接 FPGA。

应用场景

适用于医疗超声成像、无损检测设备、声纳成像设备、多通道高速数据采集系统等场景。

关键设计要点

• 模式配置 ：通过 SPI 接口切换 TGC/CW 模式，配置增益、衰减量、LPF 截止频率及 CW 相位延迟。
• 兼容性 ：与 AFE5818 系列引脚兼容，可无缝替换升级。
• 布局建议 ：需优化电源去耦与接地设计，减少噪声耦合；LVDS 信号线需匹配阻抗，保证高速传输稳定性。