AFE58JD16 16 通道超声模拟前端技术文档总结-电子发烧友网

该AFE58JD16是一种高度集成的模拟前端（AFE）解决方案，专门用于专为高性能、低功耗和小尺寸的超声系统而设计必填。

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*附件：afe58jd16.pdf

该AFE58JD16是一款集成模拟前端（AFE），针对医疗超声应用进行了优化。这 AFE58JD16 是一种多芯片模块（MCM）器件，具有两个芯片：VCA 和 ADC_CONV。每个模具总共有 16 个渠道。

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），这是一种低噪声具有可变增益的放大器（LNA）和三阶低通滤波器（LPF）。衰减器支持衰减范围为 8 dB 至 0 dB，LNA 支持 14 dB 至 45 dB 的增益范围。LPF 截止频率可以是配置为 10 MHz、15 MHz、20 MHz 或 25 MHz，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18 dB的LNA，以及一个16 dB的低功耗无源混频器可选相位延迟。可以对每个模拟输入信号施加不同的相位延迟，以执行片上波束成形作。CW 混频器中的谐波滤波器抑制三次和五次谐波以增强 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），带有 14 位或 12 位的可编程分辨率。该ADC在14位时实现75 dBFS信噪比（SNR）模式，12位模式下的72 dBFS SNR。该ADC在低通道增益下提供出色的SNR。设备以 65 MSPS 和 80 MSPS 的最大速度运行，分别提供 14 位和 12 位输出。这 ADC设计用于随采样率缩放功率。ADC的输出接口为低压差分信令（LVDS）或 JESD 接口，可轻松与低成本现场可编程门阵列连接（FPGA）。

该AFE58JD16包括一个可选的数字解调器和 12 或 14 之后的JESD204B数据打包模块位ADC。数字同相和正交（I/Q）解调器，具有可编程分数抽取滤波器以低功耗加速计算密集型算法。该设备还支持可选JESD204B 运行速度高达 5 Gbps 的接口，进一步降低了高通道数中的电路板布线挑战系统。

该AFE58JD16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的系统的超声AFE解决方案要求。该AFE58JD16采用 15 mm xD7 15 mm NFBGA-289 封装（ZAV 封装，S-PBGAN289）并指定用于从 x9640xB0C 到 +85xB0C 的工作。器件引脚排列也与AFE5818类似家庭。

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
- 数字时间增益补偿（DTGC）
- 总增益范围：6 dB至45 dB
- 线性输入范围：1 V~~聚丙烯~~
带 DTGC 的输入衰减器：
- 8 dB至0 dB衰减，步长为0.125 dB
- 支持匹配阻抗：
  - 50 Ω至800 Ω源阻抗
带 DTGC 的低噪声放大器（LNA）：
- 14 dB至45 dB增益，步长为0.125 dB
- 低输入电流噪声：1.2 pA/√Hz
三阶线性相位低通滤波器（LPF）：
- 10 MHz、15 MHz、20 MHz 和 25 MHz
模数转换器（ADC）：
- 14位ADC：65 MSPS时为75 dBFS SNR
- 12位ADC：80 MSPS时为72 dBFS SNR
LVDS 接口，最大速度高达
1 Gbps
针对噪音和功率进行了优化：
- 90 mW/Ch，1 nV/√Hz，65 MSPS
- 55 mW/通道，1.45 nV/√Hz，40 MSPS
- CW 模式下为 59 mW/Ch
出色的器件间增益匹配：
- ±0.5 dB（典型值）
低谐波失真：–60 dBc 电平
快速一致的过载恢复
连续波（CW）路径具有：
- 1kHz频率
  下–148 dBc/Hz的低近相位噪声
- 相位分辨率：λ / 16
- 支持 16X、8X、4X 和 1X CW 时钟
数字功能：
- ADC后的数字I/Q解调器：
  - 分数抽取滤波器 M = 1 至 63
    ，增量步长为 0.25 倍
  - 抽取后
    数据吞吐量降低
  - 片上 RAM，具有 32 个预设配置文件
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

AFE58JD16 是德州仪器专为超声系统设计的高集成度模拟前端（AFE），核心优势是低功耗（90 mW / 通道）、低噪声（1 nV/√Hz）、双分辨率 ADC 配置及支持 TGC/CW 双工作模式，搭配 JESD204B 高速接口，适用于医疗超声成像、无损检测、声纳成像等多通道高速数据采集场景。

一、核心性能与定位

通道与信号调理 ：16 通道并行设计，每通道集成输入衰减器、低噪声放大器（LNA）、3 阶低通滤波器（LPF），总增益范围 6 dB~~45 dB，线性输入范围 1 VPP，适配 50 Ω~~800 Ω 源阻抗。
ADC 性能 ：支持可编程分辨率，14 位模式下采样率 65 MSPS、SNR 75 dBFS；12 位模式下采样率 80 MSPS、SNR 72 dBFS；谐波失真低至 -60 dBc，过载恢复快速且稳定。
噪声与功耗 ：输入电流噪声 1.2 pA/√Hz，电压噪声 1 nV/√Hz（65 MSPS 时）；支持功耗 scaling，40 MSPS 时功耗低至 55 mW / 通道，CW 模式下 59 mW / 通道，适配电池供电设备。
接口与环境 ：支持 LVDS（最高 1 Gbps）和 JESD204B 接口（最高 5 Gbps，子类 0/1/2），单 lane 可承载 2/4/8 通道数据；工作温度 -40°C~85°C，满足工业与医疗严苛环境要求。

二、关键功能与硬件特性

1. 集成功能模块

双工作模式：TGC 模式（时间增益补偿）支持 0 dB~~8 dB 衰减（0.125 dB 步进）、14 dB~~45 dB 可变增益（0.125 dB 步进），LPF cutoff 可选 10/15/20/25 MHz；CW 模式（连续波）内置 18 dB 固定增益 LNA 与无源混频器，支持 16 级相位延迟（λ/16 分辨率），抑制 3/5 次谐波，适配多普勒测量。
数字处理：集成数字 I/Q 解调器、分数抽取滤波器（M=1~63，0.25 增量步进），降低后端数据吞吐量；片上 RAM 存储 32 组预设配置文件，支持快速模式切换。
一致性与抗干扰：通道间增益匹配典型值 ±0.5 dB，保证多通道采集一致性；CW 模式近载相位噪声低至 -148 dBc/Hz（1 kHz 偏移），抗干扰能力优异。
封装与集成：采用 15 mm×15 mm NFBGA-289 封装，引脚布局兼容 AFE5818 系列，便于系统升级；多芯片模块（MCM）设计，集成 VCA（可变增益放大器）和 ADC_CONV（ADC 转换）双芯片，简化板级设计。

2. 工作模式

TGC 模式：针对脉冲超声成像，通过可编程衰减器与 LNA 实现动态增益补偿，抵消超声信号传播衰减，提升深部组织成像质量。
CW 模式：支持 1X/4X/8X/16X 时钟模式，内置混频器与相位延迟单元，可实现片上波束形成，适用于连续波多普勒血流测量。
低功耗模式：ADC 采样率可动态调整，功耗随速率同步缩放，非工作时段可切换至低功耗状态，延长设备续航。
校准模式：支持通道增益与相位校准，通过片上配置优化多通道一致性，提升成像均匀性。

3. 接口与封装

数据接口：LVDS 接口支持点对点高速传输，JESD204B 接口减少布线复杂度，适配 FPGA 等后端处理芯片，降低系统集成难度。
控制接口：通过配置引脚或串行接口设定工作模式、增益、滤波器参数及 ADC 分辨率，支持灵活配置。
封装选项：仅提供 NFBGA-289 封装（15 mm×15 mm），焊球材质为 SNAGCU，符合 RoHS 标准，MSL 等级 3（260°C 回流，168 小时）。