AFE5808 8 通道超声模拟前端产品总结

该AFE5808是一种高度集成的模拟前端（AFE）解决方案，专门设计 适用于需要高性能和小型设备的超声系统。The AFE5808 集成了完整的时间增益控制（TGC）成像路径和连续波多普勒（CWD） 路径。它还允许用户选择多种功率/噪声组合之一以优化系统 性能。因此，AFE5808不仅适用于 高端系统，也适用于便携式系统。
*附件：afe5808.pdf

AFE5808包含八个电压控制放大器（VCA），14/12位 模拟转数字转换器（ADC）和CW混频器。VCA包括低噪声放大器（LNA），电压 受控衰减器（VCAT）、可编程增益放大器（PGA）和低通滤波器（LPF）。The LNA 增益可编程支持250 mVPP降至1伏PP输入信号。LNA也支持可编程主动终端。超低噪声 VCAT提供40 dB的衰减控制范围，并提升整体低增益信噪比（SNR）， 有助于谐波成像和近场成像。PGA提供24 dB和30 dB的增益选项。 在ADC之前，LPF可以配置为10、15、20或30 MHz，以支持超声应用 频率不同。AFE5808中高性能的14位/65 MSPS ADC实现77 dBFS 信 噪 比。它确保在低链增益下获得优异的信噪比。ADC的LVDS输出支持灵活系统 希望集成为微型化系统。

AFE5808还集成了低功耗无源混频器和低噪声加和放大器 实现片上CWD波束成形器。每个模拟器可选择16个相位延迟 输入信号。与此同时，一个独特的3号^RD^以及5^th^次谐波抑制滤波器实现以增强连续波灵敏度。

该AFE5808提供15毫米×9毫米、135针BGA封装，规格如下： 作范围为0°C至85°C。 它也与AFE5807、AFE5803和 AFE5808A。

特性

• 8通道完整模拟前端
  • LNA、VCAT、PGA、LPF、
    ADC和CW混音器
• 可编程增益低噪声放大器（LNA）
  • 24/18/12 dB 增益
  • 0.25/0.5/1 VPP线性输入范围
  • 0.63/0.7/0.9 nV/rtHz 输入参考噪声
  • 可编程主动终端
• 40 dB 低噪声电压控制衰减器（VCAT）
• 24/30 dB 可编程增益放大器（PGA）
• 3^RD^有序线性相位低通滤波器（LPF）
  • 10、15、20、30 MHz
• 14位模拟转数字转换器（ADC）
  • 77 dBFS 信噪比，65 MSPS
  • LVDS输出
• 噪声/功耗优化（全链）
  • 153 mW/CH，0.75 nV/rtHz，65 MSPS
  • 98 mW/CH，1.1 nV/rtHz，40 MSPS
  • 连续波模式下80毫瓦/CH
• 卓越的设备间增益匹配
  • ±0.5 dB（典型）和±0.9 dB（最大）
• 低谐波失真
• 快速且持续的过载恢复
• 连续波多普勒（CWD）被动混频器
  • 低近相位噪声 – 1 KHz
    时156 dBc/Hz，从2.5 MHz载波起
  • 相位分辨率为1/16λ
  • 支持16X、8X、4X和1X连续时钟
  • 3档12分贝抑制^RD^以及5^th^谐波
  • 柔性输入时钟
• 小封装：15毫米×9毫米，135-BGA
• 应用
  • 医学超声成像
  • 无损评估设备

参数

AFE5808 是德州仪器（TI）推出的高集成度 8 通道超声模拟前端（AFE），核心优势为低噪声、高集成度与双工作模式（TGC 成像 / 连续波多普勒 CWD），集成 LNA、VCAT、PGA、LPF、14 位 ADC 及 CW 混频器，适配医疗超声成像、无损检测设备等高精度超声信号采集场景。

一、核心产品参数

1. 基础性能指标

• 信号链性能 ：LNA 增益可编程（12/18/24 dB），输入噪声低至 0.63 nV/rtHz；VCAT 提供 40 dB 衰减范围，PGA 增益可选 24/30 dB；3 阶低通滤波器（LPF）截止频率可编程（10/15/20/30 MHz），满足不同超声频率需求。
• ADC 性能 ：14 位分辨率，最高 65 MSPS 采样率，SNR 达 77 dBFS，无丢失码，确保微弱超声信号精准转换；支持 12 位输出模式（剔除 2 个 LSB），适配不同精度需求。
• 功耗特性 ：低噪声模式下 153 mW / 通道（65 MSPS），中功率模式 98 mW / 通道（40 MSPS），CW 模式低至 80 mW / 通道，支持多档功耗 / 噪声权衡，适配便携设备。
• 通道匹配 ：通道间增益匹配典型值 ±0.5 dB、最大值 ±0.9 dB，相位匹配 ±11°，确保多通道超声波束形成精度。

2. 环境与封装

• 工作温度：0°C 至 85°C，满足医疗设备常温工作要求；
• 封装形式：135 引脚 BGA 封装（15mm×9mm），符合 RoHS 标准，引脚镀层为 SNAGCU，MSL 等级 3，峰值回流温度 260°C；
• ESD 防护：人体模型（HBM）±2000 V，充电设备模型（CDM）±500 V，防护性能适配医疗设备操作环境。

二、关键功能特性

1. 双工作模式适配

• TGC 成像模式：完整信号链支持超声回波信号采集，VCAT 实现 40 dB 时间增益控制，适配不同深度成像需求；快速过载恢复特性，确保强信号冲击后快速稳定。
• CWD 多普勒模式：集成无源 CW 混频器与求和放大器，支持 16 档相位延迟（1/16λ 分辨率），12 dB 抑制 3 次 / 5 次谐波；支持 16X/8X/4X/1X CW 时钟模式，相位噪声低至 - 156 dBc/Hz（1 kHz 偏移，2.5 MHz 载波）。

2. 高集成与灵活控制

• 集成化设计：单芯片集成 8 通道完整信号链，无需外部放大器 / 滤波器，大幅简化超声系统设计，缩小 PCB 面积。
• 可编程特性：支持主动终端电阻可编程（50/100/200/400 Ω），适配不同超声换能器阻抗；数字高通滤波器（HPF）可配置，抑制低频噪声与基线漂移。
• 电源管理：支持全局掉电、部分掉电（VCA/ADC 独立控制）与 CW 模式低功耗，部分掉电功耗仅 25 mW / 通道，唤醒时间快至 1~2 μs，适配脉冲工作场景。

3. 接口与输出

• 数字接口：ADC 输出采用 LVDS 格式，支持 14 位（7 倍时钟）/12 位（6 倍时钟）序列化输出，数据速率最高 910 Mbps，减少数字噪声耦合。
• 控制接口：SPI 串行接口用于配置寄存器，支持增益、滤波器、工作模式等参数调节；提供 SDOUT 引脚用于寄存器读回，方便系统调试。
• CW 输出：I/Q 差分输出，支持多芯片级联扩展通道数，满足高通道数超声波束形成需求。

三、应用与设计要点

1. 典型应用场景

• 医疗超声：B 超、彩超设备的多通道超声信号采集，支持深部成像与血流多普勒检测；
• 工业检测：无损检测设备的超声信号前端处理，适配金属、复合材料内部缺陷检测。

2. 硬件设计建议

• 供电与去耦 ：多电源域独立供电（AVDD 3.3 V、AVDD_ADC 1.8 V、AVDD_5V 5 V、DVDD 1.8 V），各电源引脚就近放置 0.1 μF 陶瓷电容 + 10 μF 钽电容去耦，模拟地（AVSS）与数字地（DVSS）单点连接。
• 输入电路：超声换能器通过 0.1 μF 电容 AC 耦合至 INP 引脚，INM 引脚接 15 nF 旁路电容设置 HPF 截止频率；启用主动终端时，ACT 引脚需接 1 μF 反馈电容，优化信号完整性。
• 时钟设计：ADC 时钟支持差分（LVDS/LVPECL）或单端（LVCMOS）输入，推荐使用低抖动时钟源（如 LMK048X 系列）；CW 时钟需严格同步，16X 模式下时钟频率最高 128 MHz（2014 年后批次支持 145 MHz）。
• 布局规范：模拟信号与数字信号分区布线，LVDS 信号线等长设计（偏差 < 3.81 mm）；敏感输入引脚（INP/INM/ACT）远离电源平面，避免噪声耦合。

3. 软件与配置

• 模式配置：通过 SPI 寄存器选择 TGC/CWD 模式，CWD 模式需配置时钟模式（16X/8X/4X/1X）与相位延迟，TGC 模式需设置 VCAT 衰减电压（0~1.5 V 差分）实现时间增益控制。
• 功耗优化：根据系统需求选择功耗模式，便携设备可在脉冲间隙启用部分掉电，降低平均功耗； unused 通道可通过寄存器单独掉电，进一步节能。
• 校准与调试：启用数字偏移校正与增益校正功能，补偿通道误差；利用 PGA 测试模式（CH7/CH8 PGA 输出映射至 CW 引脚），方便信号链功能验证。

四、产品优势与选型适配

• 核心优势：高集成度减少外部元器件数量，低噪声特性适配微弱超声信号，双模式支持成像与多普勒检测一体化设计，通道匹配精度满足高分辨率波束形成需求。
• 选型建议：医疗超声成像系统优先选择，需兼顾便携性与成像质量的设备可选用中功率模式；无损检测设备可利用其多通道特性与宽滤波器范围，适配不同频率超声探头。
• 升级选项：增强版 AFE5808A 扩展数字高通滤波器截止频率范围，提升极端过载信号处理能力，新设计推荐优先选用。