AFE53004W 4通道智能AFE，带10位DAC、10位ADC、IDAC和EEPROM技术手册

10 位 AFE53004W 和 12 位 AFE63004W （AFEx3004W） 是一系列 4 通道、超低功耗智能模拟前端 （AFE） 器件。这些器件具有一个具有四个独立通道的共享 10 位模数转换器 （ADC）。每个通道可独立配置为缓冲电压输出数模转换器 （DAC）、可编程电流输出 DAC 或共享 ADC 的输入。这些器件支持高阻断掉电模式和断电条件下的高阻输出。模拟输出提供力检测选项，用作可编程比较器和电流吸收器。多功能 GPIO、函数生成和 NVM 使这些智能 AFE 能够实现无处理器应用和设计重用。这些器件可自动检测I2C、PMBus和SPI，并包含内部基准电压源。

智能 AFE 的灵活性和功能集与微型封装和超低工作功耗相结合，使这些器件成为小型电池供电系统的绝佳选择。
*附件：afe53004w.pdf

特性

• 具有灵活配置的可编程电压或电流输出：
  • 电压输出：
    • 1LSB DNL
    • 收益为 1 ×、1.5 ×、2 ×、3 ×和 4 ×
  • 电流输出：
    • 1LSB INL 和 DNL（8 位）
    • 单极性和双极性输出范围选项，范围为 25μA 至 250μA
• 10位ADC输入
  • 2LSB INL、1LSB DNL
• 适用于所有通道的可编程比较器模式
• VDD关闭时的高阻抗输出
• 高阻抗或电阻下拉掉电模式
• 50MHz SPI 兼容接口
• 自动检测I2C、SPI或PMBus接口
  • 1.62V VIH，VDD = 5.5V
• 通用输入/输出 （GPIO） 可配置为多种功能
• 预定义波形生成：正弦波、三角波、锯齿波
• 用户可编程非易失性存储器 （NVM）
• 内部、外部或电源作为参考
• 工作范围广：
  • 电源：1.8V 至 5.5V
  • 温度范围：–40°C 至 +125°C
• 微型封装：16引脚DSBGA（1.76mm×1.76mm）

参数

方框图

AFE53004W 与 AFE63004W 是德州仪器推出的 4 通道智能模拟前端（AFE），核心差异为分辨率（AFE53004W 为 10 位，AFE63004W 为 12 位），均支持电压 / 电流输出、10 位 ADC 采样及可编程比较器功能，集成非易失性存储器（NVM）与自动接口检测，适用于小型化、低功耗高精度信号调理场景。

一、核心功能与特性

1. 多模式信号转换能力
   • 电压输出 ：每通道独立配置，支持 1×/1.5×/2×/3×/4× 增益（内部参考 1.21V），输出范围 0-VDD，DNL±1LSB，INL 最大 ±5LSB（AFE63004W），支持闭环反馈（需短接 OUTx 与 FBx 引脚），输出摆率 0.3V/μs， settling 时间 20-25μs。
   • 电流输出 ：8 位分辨率，支持单极性（0-250μA）与双极性（±250μA）范围，INL/DNL 均 ±1LSB，输出阻抗 60MΩ，输出噪声密度 1nA/√Hz（1kHz），适用于低电流驱动场景。
   • ADC 采样 ：共享 10 位 SAR ADC，支持 4 通道复用输入，采样率 1406-2008SPS（4 样本平均），INL±2LSB，DNL±1LSB，输入范围 0-VDD（需配置参考与增益），可用于信号反馈或监测。
   • 比较器模式 ：每通道可配置为无滞回 / 滞回 / 窗口比较器，FBx 引脚为输入，支持推挽 / 开漏输出，响应时间 10μs，可用于过压 / 欠压检测。
2. 灵活的接口与控制
   • 自动接口检测 ：上电后自动识别 I²C（支持标准 / 快速 / 快速 + 模式，速率 100kHz-1MHz）或 SPI（最高 50MHz 写入，1.25-2.5MHz 读取），I²C 支持 4 个地址配置（通过 A0 引脚），SPI 支持菊花链模式。
   • GPIO 多功能配置 ：可映射为 SDO（SPI 读）、LDAC（同步更新）、复位、故障 dump 等，支持边沿 / 电平触发，实现无处理器场景下的输出控制与状态监测。
   • 波形生成 ：内置正弦波、三角波、锯齿波生成功能，正弦波含 24 个预设点 / 周期，频率由 SLEW-RATE 控制；三角波 / 锯齿波可通过 DAC-X-MARGIN-HIGH/LOW 设定幅值范围。
3. 存储与保护功能
   • NVM 存储 ：支持用户寄存器配置（如输出模式、增益、电源 - down 状态）存储，掉电后保持，擦写寿命 2 万次（-40°C-85°C），数据 retention 50 年，内置 CRC 校验（16 位 CRC-16-CCITT）检测数据完整性。
   • 电源与故障保护 ：电源 - down 模式下输出高阻（漏电流≤500nA），支持 10kΩ/100kΩ 下拉配置；PROTECT 功能触发时可 slew 至安全电压或高阻，故障 dump 模式可保存寄存器状态至 NVM 用于诊断。

二、关键参数与环境要求

类别	具体参数	说明
电源供电	VDD：1.7V-5.5V；CAP 引脚需接 0.5-15μF 旁路电容	模拟电源独立，建议 VDD 接 0.1μF 去耦电容，降低噪声
温度范围	工作温度：-40°C-125°C；结温：-40°C-150°C	16 引脚 DSBGA 封装（1.76mm×1.76mm），热阻 RθJA=81.2°C/W，需通过裸露热焊盘接地优化散热
ESD 防护	人体放电模型（HBM）±2000V；带电器件模型（CDM）±500V	符合 JEDEC 标准，降低静电损坏风险
功耗	正常工作：35-200μA / 通道（依输出模式）；休眠模式：≤28μA	低功耗设计，适配电池供电设备

三、应用场景

适用于需要高精度信号调理与控制的小型化设备，包括光学模块（如激光驱动）、笔记本电脑电源管理、工业传感器信号放大、医疗设备低电流驱动、可编程电源反馈控制等。典型应用如 “可编程电流源”，通过外部 MOSFET 扩展输出电流至 200mA，利用 AFE 的 force-sense 功能补偿 MOSFET 温漂。

四、使用要点

1. 寄存器与 NVM 配置
   • 寄存器分 3 个 bank，默认锁定，需通过特定序列解锁（I²C/SPI 写入解锁码）；关键配置包括输出模式（VOUT-PDN-X/IOUT-PDN-X）、参考选择（EN-INT-REF）、比较器参数（DAC-X-MARGIN-HIGH/LOW）。
   • NVM 编程：通过 COMMON-TRIGGER 寄存器的 NVM-PROG 位触发，可存储用户配置，上电后自动加载；需注意编程时禁止读写操作，等待 200ms 完成写入。
2. 布局与电源设计
   • 模拟与数字地分开，避免数字线交叉模拟信号路径；VDD、CAP、VREF 引脚的去耦电容需靠近器件放置，减少寄生电感。
   • 电压输出模式需短接 OUTx 与 FBx 引脚实现闭环；电流输出模式需悬空 FBx 引脚以降低漏电流；ADC 模式下通道 3 需配置为比较器，FB3 引脚接 VDD 上拉。
3. 时序要求
   • I²C 快速 + 模式：SCL 最高 1MHz，数据建立时间 50ns，保持时间 0ns；SPI 写入：SCLK 高 / 低时间≥9ns，SDI 建立 / 保持时间≥8ns；GPIO 触发信号高 / 低电平需≥2μs。