AFE4490 产品核心信息总结

该AFE4490是一款完全集成的模拟前端 （AFE），非常适合脉搏血氧仪应用。该器件由一个带 22 位模数转换器 （ADC） 的低噪声接收器通道、一个 LED 发射部分以及用于传感器和 LED 故障检测的诊断组成。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。为了简化时钟要求并为器件提供低抖动时钟，还集成了一个振荡器，该振荡器由外部晶体供电。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–40°C至85°C。
*附件：afe4490.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）
  • 全范围内的110 dB动态范围（在低LED电流下实现低噪声）
  • LED电流：
    • 可编程范围为 50 mA、75 mA、100 mA、150 mA 和 200 mA，
      每个范围具有 8 位电流分辨率
  • 低功耗：
    • 100 μA + 平均 LED 电流
  • LED 导通时间可编程性范围为
    （50 μs + 稳定时间） 至 4 ms
  • 独立 LED2、LED1 基准电流
• 具有高动态范围的接收通道：
  • 参考输入噪声：50 pA 有效值 （在5μA PD电流下）
  • 13.5个无噪声位（5μA PD电流时）
  • 模拟环境消除方案，可选择1 μA至10 μA环境电流
  • 低功耗：3.0V电源时<2.3 mW
  • 接收采样时间：50 μs 至 4 ms
  • I-V 放大器，具有七个独立的 LED2 和 LED1 可编程反馈 R 和 C 设置
  • 集成数字环境估计和减法
• 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
  • Tx = 3.0 V 或 5.25 V
• 封装：紧凑型 VQFN-40（6 mm × 6 mm）
• 指定温度范围：–40°C 至 85°C

参数

方框图

AFE4490 是一款专为脉搏血氧仪设计的全集成模拟前端（AFE），集成 LED 驱动、高动态范围接收通道及 22 位 ADC，支持环境光抵消、灵活时序控制与故障诊断功能，以低功耗和高准确性适用于医疗脉搏血氧检测及工业光度测量场景。

核心参数与性能

• 分辨率与动态性能 ：22 位 ADC 分辨率，输入参考噪声电流 50 pA RMS（5 μA 光电二极管电流下），噪声无码位 13.5 位；共模抑制比（CMRR）95 dB，电源抑制比（PSRR）106 dB。
• LED 驱动特性 ：支持 50/75/100/150/200 mA 可编程电流范围，8 位电流分辨率；LED 开启时间 50 μs~4 ms 可调，支持 H 桥 / 推挽驱动模式。
• 接收通道特性 ：跨阻放大器（TIA）反馈电阻 10 kΩ1 MΩ 可编程，反馈电容 5250 pF 可选；环境光抵消电流 110 μA 可调，二级放大器增益 012 dB 可编程。
• 功耗与工作条件 ：总功耗 <2.3 mW（3.0 V 供电）；接收端电源 2.03.6 V，发射端电源 3.05.25 V；工作温度 -40°C 至 85°C。

封装与引脚

• 采用 6 mm×6 mm 40 引脚 VQFN（RHA）封装，引脚包含差分模拟输入（INP/INN）、LED 驱动输出（TXP/TXN）、SPI 配置接口及状态指示引脚。
• 关键引脚功能：VCM 输出 0.9 V 共模电压（用于信号屏蔽），TX_REF 提供 0.75 V 基准电压，ADC_RDY 指示 ADC 转换完成，LED_ALM/PD_ALM 输出故障告警。

核心功能与特性

• 灵活驱动与接收 ：独立控制两路 LED 电流，支持环境光模拟抵消与数字减法；TIA 增益、滤波参数可编程，适配不同光电二极管灵敏度。
• 时序与校准 ：16 位定时器精准控制 LED 开启、信号采样及 ADC 转换时序；支持 ADC 采样平均（1~16 次可选），降低噪声提升稳定性。
• 故障诊断 ：集成光电二极管 / LED 开路 / 短路检测、线缆连接检测，诊断完成时间 8 ms（快速模式）或 16 ms（慢速模式）。
• 低功耗模式 ：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。

典型应用场景

• 医疗脉搏血氧仪、工业光度测量设备、心率监测设备、血氧腕戴设备。

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；TX_REF 引脚需外接 2.2 μF 去耦电容。
• 信号与布局 ：INP/INN 信号线需用 VCM 信号屏蔽，远离 TXP/TXN 等高速切换线路；LED 驱动电源需预留足够电流裕量，避免开关噪声耦合。
• 时序配置 ：通过 SPI 编程 16 位定时器，精准设置 LED 开启时间、采样窗口及 ADC 转换时序，避免信号重叠。
• 校准与抵消 ：通过 SPI 配置环境光抵消电流，结合二级放大器增益，优化弱信号检测性能；定期执行诊断功能，确保传感器连接正常。

产品型号与供货

• 在售型号为 AFE4490RHAR（2500 片 / 大卷带）与 AFE4490RHAT（250 片 / 小卷带），均符合 RoHS 标准，MSL 等级 3（260°C 回流焊，168 小时湿度敏感）。