AD9671：高性能JESD204B八通道超声AFE的卓越之选

在医疗超声及无损检测等领域，对高性能模拟前端（AFE）的需求日益增长。ADI公司的AD9671作为一款JESD204B八通道超声AFE，凭借其出色的性能和丰富的功能，成为了众多工程师的理想选择。下面，我们就来深入了解一下这款产品。

文件下载：AD9671EBZ.pdf

一、产品概述

AD9671专为医疗超声应用而设计，具备低成本、低功耗、小尺寸和易用性等特点。它集成了八个通道的低噪声放大器（LNA）、可变增益放大器（VGA）、抗混叠滤波器（AAF）、模数转换器（ADC）以及数字解调器/抽取器，能够有效处理信号并降低带宽。

二、核心特性

2.1 低功耗设计

AD9671在功耗方面表现出色。在时间增益补偿（TGC）模式下，每通道功耗仅为150 mW（40 MSPS）；连续波（CW）模式下，每通道功耗为62.5 mW；在掉电模式下，功耗小于30 mW。这种低功耗特性使得它非常适合便携式医疗设备等对功耗敏感的应用。

2.2 高性能LNA

低噪声放大器（LNA）是AD9671的关键部分。它具有0.78 nV/√Hz的低输入参考噪声（增益为21.6 dB时），并提供15.6 dB、17.9 dB和21.6 dB三种可编程增益。此外，LNA还具备灵活的有源输入阻抗匹配功能，能够优化不同探头阻抗的匹配效果。

2.3 可变增益放大器（VGA）

VGA提供45 dB的衰减范围和线性dB增益控制，后置放大器（PGA）增益可在21 dB、24 dB、27 dB和30 dB之间选择。这种灵活的增益控制能力使得AD9671能够适应不同的信号强度和应用需求。

2.4 抗混叠滤波器（AAF）

AAF是一个可编程的二阶低通滤波器（LPF）和高通滤波器（HPF），其低通截止频率可在8 MHz至18 MHz或13.5 MHz至30 MHz之间调节，高通截止频率为低通截止频率的1/12。这种设计能够有效抑制噪声和混叠，提高信号质量。

2.5 模数转换器（ADC）

ADC具有75 dB的信噪比（SNR），分辨率为14位，采样率最高可达125 MSPS。其输出采用JESD204B Subclass 0编码串行数字输出，支持单、双或四通道接口，方便与数字处理设备连接。

2.6 CW多普勒模式

在CW多普勒模式下，AD9671具备I/Q解调器和可编程相位旋转功能，每个通道可独立编程16个相位设置，动态范围为160 dBFS/√Hz，近场SNR为156 dBc/√Hz（1 kHz偏移，−3 dBFS输入），非常适合相控阵波束形成应用。

三、工作原理

3.1 TGC操作

TGC操作的系统增益分布在LNA、VGA和PGA等部分。LNA提供三种增益选择，VGA由衰减器和放大器组成，其衰减范围为−45 dB至0 dB，放大器增益为21 dB、24 dB、27 dB或30 dB。通过控制增益控制接口的差分电压 (V_{GAIN})，可以调节VGA的衰减，从而实现总通道增益的调整。

3.2 有源阻抗匹配

LNA采用单端转差分增益放大器，通过内部开关控制两个输出引脚（LO-x和LOSW-x），可以合成三种不同的有源输入阻抗值和一个未端接值。用户可以通过SPI寄存器配置不同的反馈电阻，以实现与不同探头阻抗的匹配。

3.3 数字解调器/抽取器

AD9671的数字处理部分包括RF抽取器、基带解调器和基带抽取器。RF抽取器可将采样率降低一半，基带解调器将RF信号下变频为基带正交信号，基带抽取器则进一步降低过采样率。用户可以通过向量配置文件设置解调频率、抽取因子、数字增益补偿等参数。

四、应用领域

4.1 医疗成像/超声

AD9671在医疗超声成像领域具有广泛的应用。其高性能的模拟前端和数字处理能力能够提供清晰、准确的图像，满足医疗诊断的需求。

4.2 无损检测（NDT）

在无损检测领域，AD9671可以用于检测材料中的缺陷和损伤。其高灵敏度和低噪声特性使得它能够检测到微小的信号变化，提高检测的准确性。

五、设计建议

5.1 电源连接

建议使用两个独立的1.8 V电源，分别为模拟（AVDD1）和数字（DRVDD）供电。如果只有一个1.8 V电源，应先将其连接到AVDD1引脚，然后通过铁氧体磁珠或滤波器进行隔离后再连接到DRVDD引脚。

5.2 时钟输入

为了获得最佳性能，建议使用差分信号驱动AD9671的采样时钟输入（CLK+和CLK−）。可以使用变压器或电容进行交流耦合，并确保时钟源具有低抖动特性。

5.3 数字输出接口

AD9671的数字输出采用JESD204B接口，用户需要根据具体应用配置相关参数，如通道数、采样率、帧格式等。在设计时，应注意信号的同步和对齐，以确保数据的准确传输。

六、总结

AD9671作为一款高性能的JESD204B八通道超声AFE，具有低功耗、高性能、灵活配置等优点。它在医疗超声和无损检测等领域具有广阔的应用前景。对于电子工程师来说，深入了解AD9671的特性和工作原理，能够帮助他们更好地设计出满足需求的系统。你在使用AD9671的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。