AFE4400 产品核心信息总结

该AFE4400是一款完全集成的模拟前端 （AFE），非常适合脉搏血氧仪应用。该器件由一个低噪声接收器通道组成，该通道集成了模数转换器 （ADC）、一个 LED 发射部分以及用于传感器和 LED 故障检测的诊断功能。该器件是一个非常可配置的定时控制器。这种灵活性使用户能够完全控制器件时序特性。为了降低时钟要求并为AFE4400提供低抖动时钟，还集成了一个振荡器，该振荡器由外部晶体提供功能。该器件使用 SPI™ 接口与外部微控制器或主机处理器通信。

该器件是一个完整的 AFE 解决方案，封装在单个紧凑的 VQFN-40 封装（6 mm × 6 mm）中，额定工作温度范围为 0°C 至 70°C。
*附件：afe4400.pdf

特性

• 用于脉搏血氧仪应用的完全集成模拟前端：
  • 灵活的脉冲排序和
    定时控制
• 传输：
  • 集成 LED 驱动器
    （H 桥、推或拉）
  • 动态范围：95 dB
  • LED电流：
    • 可编程至 50 mA，电流分辨率为 8 位
  • 低功耗：
    • 100 μA + 平均 LED 电流
  • 可编程 LED 导通时间
  • 独立的 LED2 和 LED1 基准电流
• 具有高动态范围的接收通道：
  • 13 个无噪声位
  • 低功耗：3.3V电源时<670μA
  • 集成数字环境估计和减法
  • 灵活的接收采样时间
  • 具有可编程 LED 设置的灵活跨阻放大器
• 集成故障诊断：
  • 光电二极管和 LED 开路和
    短路检测
  • 电缆开断检测
• 用品：
  • Rx = 2.0 V 至 3.6 V
  • 发射 = 3.0 V 至 5.25 V
• 封装：紧凑型 VQFN-40（6 mm × 6 mm）
• 指定温度范围：0°C 至 70°C

参数

方框图

AFE4400 是一款面向脉搏血氧仪、光学心率监测（HRM）的全集成模拟前端（AFE），集成 LED 驱动、低噪声接收通道、22 位 ADC 与故障诊断功能，支持灵活时序配置与高速 SPI 通信，以紧凑封装和低功耗特性满足低成本医疗与工业光度测量需求。

核心参数与性能

• 分辨率与动态范围 ：接收通道支持 13 位无噪声 bits（NFB），集成 22 位 ADC，总输入参考噪声电流低至 1.4 pA RMS（0.1 Hz-5 Hz 带宽）；发射器动态范围 95 dB，支持 8 位分辨率 LED 电流调节。
• LED 驱动特性 ：LED 驱动电流 0-50 mA 可编程，支持 H 桥 / 推挽驱动模式；LED 开启时间、脉冲宽度可编程，最小采样时间 50 µs，脉冲重复频率（PRF）62.5 SPS-5000 SPS 可调。
• 接收通道性能 ：跨阻放大器（TIA）反馈电阻 10 kΩ-1 MΩ 可编程，反馈电容 5 pF-250 pF 可选；支持环境光抵消与二级增益调节（0 dB/3.5 dB/6 dB/9.5 dB/12 dB），共模抑制比（CMRR）最高 95 dB。
• 功耗与工作条件 ：接收通道功耗 <670 µA（3.3 V 供电），整体功耗 100 µA + 平均 LED 电流；接收电源 2.0 V-3.6 V，发射电源 3.0 V-5.25 V；工作温度 0°C-70°C。

封装与引脚

• 采用 6 mm×6 mm 40 引脚 VQFN（RHA）封装，引脚包含模拟 / 数字电源、LED 驱动输出（TXP/TXN）、光电二极管输入（INP/INN）、SPI 接口（SCLK/SPISIMO/SPISOMI/SPISTE）及控制引脚（RESET/AFE_PDN/ADC_RDY）。
• 关键引脚功能：INP/INN 连接光电二极管阴阳极，TXP/TXN 连接 LED，VCM 引脚提供共模电压用于信号屏蔽，BG 引脚需外接 2.2 µF 去耦电容，XIN/XOUT 连接 8 MHz 晶振。

核心功能与特性

• 灵活时序与控制 ：16 位定时器模块支持 11 路信号时序编程，可独立配置 LED 开启 / 采样 / ADC 转换时间，适配不同传感器与应用场景。
• 环境光抵消与信号处理 ：集成数字环境光估计与减法模块，通过环境 DAC 抵消环境光干扰；二级放大器增强微弱信号增益，低通滤波器（500 Hz 带宽）降低高频噪声。
• 故障诊断功能 ：支持光电二极管 / LED 开路 / 短路检测、线缆通断检测，通过 LED_ALM/PD_ALM 引脚输出告警，诊断状态可通过寄存器读取。
• 低功耗与电源管理 ：支持接收端 / 发射端独立掉电及全芯片掉电模式，掉电功耗低至 0.1 mW；内置晶振振荡器，可输出 4 MHz 时钟供外部微控制器使用。

典型应用场景

• 低成本医疗脉搏血氧仪（SPO₂）、光学心率监测设备（HRM）、工业光度测量系统、便携式健康监测设备。

设计要点

• 电源与去耦 ：模拟电源（RX_ANA_SUP）与数字电源（RX_DIG_SUP）需独立供电，就近配置 0.1 µF 陶瓷去耦电容；LED_DRV_SUP 需适配 LED 正向电压与线缆压降，建议外接大容量旁路电容。
• 输入与布线 ：INP/INN 信号线需短且远离数字电路，长距离布线需用 VCM 信号屏蔽；TXP/TXN 为高速开关信号，需远离敏感模拟路径，避免串扰。
• 时序与配置 ：通过寄存器配置 LED 电流、TIA 增益、PRF 及采样时序，确保 ADC 转换与 LED 脉冲时序无重叠；环境光抵消 DAC 需根据实际场景校准，优化动态范围。
• 诊断与校准 ：上电后建议启用诊断功能验证硬件连接；通过 ADC_RDY 引脚同步数据读取，确保采样完整性。

产品型号与供货

• 在售型号为 AFE4400RHAT（250 片 / 小卷带）与 AFE4400RHAR（2500 片 / 大卷带），符合 RoHS 标准，MSL 等级 3（260°C 回流焊，168 小时湿度敏感）。