‌AFE5804 超声系统模拟前端芯片技术文档总结

AFE5804是一种完整的模拟前端设备，专为需要低功耗和小尺寸的超声系统设计。

该AFE5804由八个通道组成，包括低噪声放大器（LNA）、电压控制衰减器（VCA）、可编程增益放大器（PGA）、低通滤波器（LPF）以及一个12位模数转换器（ADC），输出低电压差分信号（LVDS）数据。
*附件：afe5804.pdf

LNA增益设置为20dB增益，具有优异的噪声和信号处理能力，包括快速的过载恢复。VCA增益可在46dB范围内变化，控制电压为0V至1.2V，AFE5804所有通道均有。

PGA可编程为20dB、25dB、27dB和30dB的增益。内部低通滤波器也可以编程为12.5MHz或17MHz。

ADC的LVDS输出减少了ASIC或FPGA的接口线路数量，从而实现便携式系统所需的高系统集成密度。ADC可以选择内部或外部参考来作。ADC还具备信噪比（SNR）增强模式，在高增益下非常有用。

该AFE5804提供15毫米×9毫米、135球BGA封装，采用无铅（符合RoHS标准）且绿色。其工作范围为0°C至+85°C。

特性

• 8通道完整模拟前端：
  • LNA、VCA、PGA、LPF和ADC
• 功率/噪声优化的模式控制：
  • 低噪声（全声道）：
    0.89nV/√Hz（TGC模式I）
    1.23nV/√Hz（TGC模式II）
    1.03nV/√Hz（PW模式）
  • 超低功率：
    101mW/通道（TGC模式II）65mW
    /通道（CW模式）
• 低噪声前置放大器（LNA）：
  • 0.75nV/√Hz
  • 20dB 固定增益
  • 280毫伏PP线性输入范围
• 可变增益放大器：
  • 增益控制范围：46dB
• PGA增益设置：20dB，25dB，27dB，30dB
• 低通滤波器：
  • 可选频段：12.5MHz，17MHz
  • 贝塞尔二级
• 增益误差：±0.5dB
• 通道匹配：±0.25dB
• 夹 紧
• 快速过载恢复：两个时钟周期
• 12位模拟转数字转换器：
  • 10MSPS 到 50MSPS
  • 10MHz时信噪比69dB
  • 串行LVDS接口
• 集成连续锁开关矩阵
• 15毫米×9毫米，135-BGA包装：
  • 无铅（符合RoHS标准）且绿色

参数

方框图

一、产品概述‌
AFE5804是德州仪器(TI)推出的专为超声系统设计的8通道全集成模拟前端芯片，采用SBOS442C标准(2008年6月发布，2011年10月修订)。该芯片在低功耗和小尺寸要求下提供完整信号链解决方案，主要面向便携式和电池供电的医疗超声成像设备。

‌二、核心特性‌

• ‌完整8通道集成‌：包含LNA(低噪声放大器)、VCA(压控衰减器)、PGA(可编程增益放大器)、LPF(低通滤波器)和12位ADC
• ‌多模式功耗优化‌：
  • TGC模式I：0.89nV/√Hz噪声，全通道工作
  • TGC模式II：1.23nV/√Hz噪声，101mW/通道功耗
  • PW模式：1.03nV/√Hz噪声
  • CW模式：65mW/通道超低功耗

‌三、技术规格‌

1. ‌LNA性能‌：
   • 0.75nV/√Hz输入参考噪声
   • 20dB固定增益
   • 280mVPP线性输入范围
   • 55MHz带宽，8kΩ输入阻抗
2. ‌VCA特性‌：
   • 46dB增益控制范围
   • 0-1.2V控制电压输入
   • 44.4dB/V增益斜率
3. ‌PGA配置‌：
   • 可编程增益：20dB、25dB、27dB、30dB
4. ‌LPF选项‌：
   • 可编程带宽：12.5MHz或17MHz
   • 2阶贝塞尔滤波器

‌四、ADC性能‌

• ‌12位分辨率‌
• ‌采样率范围‌：10MSPS至50MSPS
• ‌SNR指标‌：
  • 69dB SNR @ 10MHz
  • 59.7dBFS @ 2MHz输入

‌五、接口特性‌

• ‌LVDS串行接口‌：减少与ASIC/FPGA接口线数量
• ‌集成CW开关矩阵‌：8×10配置

‌六、封装与工作条件‌

• ‌封装规格‌：15mm×9mm 135球BGA
• ‌温度范围‌：0°C至+85°C
• ‌环保标准‌：无铅(RoHS兼容)和绿色封装

‌七、应用领域‌

• 医疗影像系统，特别是超声设备
• 便携式系统
• 电池供电系统

‌八、电源管理‌

• ‌多电源供电‌：
  • AVDD1/2/DVDD：3.3V
  • AVDD_5V：5V
  • LVDD：1.8V
• ‌功耗模式‌：
  • 完全关断模式：52mW
  • 部分关断模式：95mW

‌九、控制接口‌

• ‌SPI串行接口‌：支持寄存器配置
• ‌复位机制‌：硬件复位(ADS_RESET引脚)或软件复位

‌十、电气特性亮点‌

• 增益误差：±0.5dB
• 通道匹配：±0.25dB
• 过载恢复：两个时钟周期

‌十一、典型性能特征‌
文档包含大量实测性能图表，涵盖：

• 增益与控制电压关系
• 滤波器响应特性
• 噪声性能分析
• 谐波失真指标

‌十二、设计优势‌

• 高集成度减少系统尺寸
• 低功耗设计延长电池寿命
• 优异的噪声性能提升图像质量
• 快速过载恢复适应超声应用需求

该芯片通过优化架构设计，在保持高性能的同时实现了低功耗和小尺寸，特别适合现代便携式医疗影像设备的需求。