AFE5851 16 通道可变增益放大器 + 8 通道 12 位 65MSPS 模数转换器（ADC）产品手册总结

AFE5851是一种模拟前端定位应用，在性能和集成程度至关重要的领域。该设备包含16个可变增益放大器（VGA），随后是一个八进制高速（最高可达65 MSPS）的模拟转数字转换器（ADC）。

16个单端输入中每个都有缓冲，最高可接受1VPP输入摆幅最大，随后是增益范围从–5dB到31dB的VGA。VGA增益通过数字控制，增益曲线随时间的变换可以存储在内存中，并通过串行接口集成到设备内部。
*附件：afe5851.pdf

每个通道在VGA和ADC之间还集成了一个可选的钳位和抗锯齿低通滤波器（在7.5、10或14MHz时具有3dB衰减）。VGA/抗锯齿滤波器输出为差分（限制为2 V）PP驱动板载的12位65MSPSADC，该ADC由两个VGA共享，以优化功耗。每个VGA输出在交替时钟周期采样，使有效采样频率为输入时钟频率的一半。如果选择较低采样率，ADC还会降低功耗。

ADC输出以LVDS串行方式，进一步减少了功耗和电路板面积。AFE5851提供64针QFN封装（9x9毫米） ^2^ ）并且在整个工业温度范围内（–40°C至85°C）内都被指定。

特性

• 16个可变增益放大器（VGA）
  • 16个单端缓冲输入，电压为1VPP最大挥杆
  • 5.5nV/√Hz VCA输入噪声（31dB增益）。
  • 可变增益 –5dB 至 31dB，步进为 0.125dB
  • 数字增益控制
• 3^RD^带有可编程截止频率（7.5、10和14MHz）的次序抗锯齿滤波器。
• 夹 紧
• 模数转换器（ADC）
  • 八进制信道 12 位，65 MSPS
  • 每个输入通道最大32.5 MSPS
  • 两个VGA输出交替由每个ADC采样
  • 内部与外部参考支持
  • 引用无需外部解耦
  • 串行LVDS输出
• 1.8伏和3.3伏电源
• 每信道总功率39毫瓦，32.5 MSPS
• 64-QFN封装（9毫米×9毫米）
• 应用
  • 影像学：超声、PET
• 相关设备
  • AFE5801：八进制VGA+ADC，65 MSPS/通道

参数

一、产品核心概述

AFE5851 是德州仪器推出的高集成度模拟前端（AFE），核心优势为多通道、低功耗与灵活增益控制。产品集成 16 路可变增益放大器（VGA）与 8 路 12 位高速 ADC，单通道最高采样率 32.5MSPS（ADC 总采样率 65MSPS），工作温度范围 -40°C85°C，采用 64-QFN 封装（9mm×9mm），模拟供电 3.0V3.6V、数字供电 1.7V~1.9V，集成三阶抗混叠滤波器、时间增益控制（TGC）、LVDS 串行输出等功能，专为超声、PET 等成像应用及多通道高速数据采集场景设计。

二、关键特性与规格

1. 核心性能参数

• 分辨率与线性度 ：12 位 ADC 无丢失码，通道间增益匹配 ±0.6dB，增益误差 ±1.8dB（高增益模式）；输入失调误差 ±50LSB（31dB 增益），孔径抖动 450fs rms。
• 动态性能：31dB 增益时输入噪声 5.5nV/√Hz（默认模式）、5nV/√Hz（低噪声模式）；SNR 66dBFS（6dB 增益），SFDR 55dBc，互调失真（IMD3）-70dBFS，串扰 65dB。
• 输入与增益：16 路单端输入（最大 1Vpp 摆幅），VGA 增益范围 -5dB~31.875dB（0.125dB 步进）；三阶抗混叠滤波器（AAF） cutoff 频率可选 7.5/10/14MHz，支持输入钳位功能。
• 功耗与输出：单通道功耗 39mW（32.5MSPS），总功耗 633~831mW；LVDS 串行输出（12×/10×/16×/14× 序列化速率），数据格式支持二进制补码或偏移二进制。

2. 核心功能

• 灵活增益控制：支持 TGC 动态增益（非均匀 / 均匀增益模式）与静态固定增益，TGC 可存储 148 个增益时序点，支持 0.125dB 精细步进，SYNC 引脚同步多通道增益切换。
• 高集成信号调理：每通道集成缓冲器、VGA、三阶抗混叠滤波器与钳位电路，钳位功能可优化过载恢复（≤6dB 过载恢复时间 1 个时钟周期）。
• 多模式工作：ADC 采用两通道共享架构（2 个 VGA 交替采样 1 个 ADC），支持通道独立掉电、待机模式；集成数字高通滤波器、通道平均（提升 SNR）、偏移校正等数字功能。
• 低噪声优化：支持低噪声模式（每通道额外 5mW 功耗），可抑制低频噪声，输入级共模电压 1.6V，适配高阻抗传感器输入。

三、封装与引脚

1. 封装信息

• 64-QFN 封装：引脚间距 0.5mm，外露热焊盘接 AVSS 优化散热；MSL 等级 3，支持 260°C 回流焊，符合 RoHS 标准，ESD 防护等级 2kV（人体模型）。

2. 关键引脚功能

• 电源与地：AVDD3（VGA 供电）、AVDD18（ADC 供电）、DVDD18（LVDS 供电）、AVSS/DVSS（模拟 / 数字地），需就近并联 0.1μF 陶瓷电容去耦。
• 输入与参考：IN1~IN16（16 路单端模拟输入）、VCM（共模电压输出 / 输入）、VREF_IN（外部参考输入）。
• 控制与输出：CLKINP/CLKINM（差分时钟输入）、D1P/M~D8P/M（8 路 LVDS 数据输出）、FCLKP/M（帧时钟）、DCLKP/M（位时钟）。
• 配置引脚：RESET（复位）、SCLK/SDATA/SEN（串行配置接口）、SYNC（TGC 同步）、PDN（全局掉电）。

四、工作模式与核心功能

1. 核心工作模式

• 采样模式：8 路 ADC 每路交替采样 2 路 VGA 信号，输入时钟频率为单通道采样率的 2 倍（32.5MSPS 对应 65MHz 时钟），ADC latency 11 个时钟周期。
• 增益模式：TGC 非均匀模式（自定义增益时序曲线）、TGC 均匀模式（固定斜率增益 ramp）、静态 PGA 模式（固定增益），支持软件 / 硬件 SYNC 触发增益切换。
• 低功耗模式：全局掉电（总功耗 530mW）、通道待机（快速唤醒，1050μs）、通道独立掉电，LVDS 输出可单独关闭。

2. 关键功能

• 时间增益控制（TGC）：内置 148 个增益时序寄存器，支持增益递增 / 递减，可设置起始 / 停止索引、保持时间与插值模式（0.125dB 步进），适配超声回波信号衰减补偿。
• 信号调理优化：抗混叠滤波器抑制高频噪声，输入钳位限制信号幅度（3dB 超 ADC 满量程），数字高通滤波器可移除低频偏移，通道平均功能提升 SNR。
• 灵活配置：支持串行接口（最高 20MHz 时钟）编程增益、滤波器参数、输出格式等；寄存器支持读回验证，提供多种 LVDS 测试模式（同步、扫频、自定义图案）。

五、应用场景与设计支持

1. 典型应用

• 成像系统：超声诊断、PET 断层扫描、医疗成像设备。
• 工业与测试：多通道数据采集卡（DAQ）、高速传感阵列、工业自动化多通道监测。

2. 设计资源

• 电源与去耦：模拟与数字电源独立布线，电源引脚就近放置 0.1μF 陶瓷电容；外露热焊盘必须接地，优化散热与电磁兼容性。
• 布局要点：输入走线远离数字信号线与时钟线，LVDS 输出采用 100Ω 差分端接，所有 LVDS 走线长度匹配（偏差≤3.81mm）。
• 输入驱动：输入信号需偏置在 1.6V 共模电压，AC 耦合推荐 10nF 电容（适配 > 1MHz 信号）；时钟支持差分（LVPECL/LVDS）或单端（LVCMOS）输入，需控制时钟抖动。
• 参考设计：默认使用内部参考，外部参考模式需通过 VREF_IN 引脚输入 1.35V~1.45V，多片同步时推荐外部参考以优化增益匹配。

六、可靠性与订单信息

• 可靠性保障：绝对最大额定值：AVDD3 3.8V，引脚电压 -0.3V~AVDD3+0.3V，结温 125°C，符合工业级可靠性标准。
• 可订购型号：AFE5851IRGCR（卷盘装 2000 片）、AFE5851IRGCT（小卷盘装 250 片），引脚镀层 NIPDAU，MSL 等级 3（260°C 回流焊，168 小时防潮）。