AFE5808A是一種高度集成的模擬前端（AFE）解決方案 專為需要高性能和小型設備的超聲系統(tǒng)設計。The AFE5808A 集成了完整的時間增益控制（TGC）成像路徑和連續(xù)波多普勒（CWD） 路徑。該設備還允許用戶選擇多種功率和噪聲組合之一 優(yōu)化系統(tǒng)性能。因此，AFE5808A是出色的超聲模擬前端 解決方案不僅適用于高端系統(tǒng)，也適用于便攜式系統(tǒng)。
*附件：afe5808a.pdf

AFE5808A設備包含八個電壓控制放大器（VCA），分別為14位和12位 模擬轉數(shù)字轉換器（ADC）和CW混頻器。VCA包含一個低噪聲放大器（LNA）， 電壓控制衰減器（VCAT）、可編程增益放大器（PGA）和低通濾波器（LPF）。 LNA增益可編程支持250 mVPP到1 VPP輸入信號?？删幊讨鲃咏K端也由 LNA。超低噪聲VCAT提供40 dB的衰減控制范圍，整體性能有所提升 低增益信噪比，有利于諧波成像和近場成像。PGA提供增益選項 分別為24 dB和30 dB。在ADC前方，低頻頻段可配置為10 MHz、15 MHz、20 MHz或30 MHz MHz 以支持不同頻率的超聲應用。高性能的14位， AFE5808A器件中的65-MSPS ADC實現(xiàn)77 dBFS信噪比，確保低鏈時優(yōu)異的信噪比 獲得。ADC LVDS輸出實現(xiàn)了微型化系統(tǒng)所需的靈活集成。

AFE5808A設備還集成了低功耗無源混頻器和低噪聲加和器 實現(xiàn)片上CWD波束成形的放大器。可選擇十六種相位延遲 每個模擬輸入信號。唯一的三階和五階諧波抑制濾波器被實現(xiàn)為 提升CW敏感度。

該AFE5808A提供15毫米×9毫米、135針BGA封裝，具體規(guī)格為 作范圍為0°C至85°C。 該設備還與 AFE5803， AFE5807，且 AFE5808。

注意：AFE5808A是AFE5808的增強版，建議新設計使用。 與AFE5808相比，AFE5808A擴大了數(shù)字高通的截止頻率范圍 濾波器;提升極端過載信號的處理能力;并且降低了相關 當高阻抗源出現(xiàn)時，噪聲會顯著。

特性

• 8通道完整模擬前端
  • LNA、VCAT、PGA、LPF、ADC和CW混音器
• 可編程增益低噪聲放大器（LNA）
  • 24、18 或 12 dB 增益
  • 0.25、0.5或1伏PP線性輸入范圍
  • 0.63、0.7或0.9 nV/√Hz輸入?yún)⒖荚肼?/li>
  • 可編程主動終端
• 40 dB，低噪聲電壓控制衰減器
  （VCAT）
• 24 或 30 dB 可編程增益放大器（PGA）
• 三階線性相低通濾波器（LPF）
  • 10 MHz、15 MHz、20 MHz 或 30 MHz
• 14位模擬轉數(shù)字轉換器（ADC）
  • 77 dBFS 信噪比，65 MSPS
  • LVDS輸出
• 噪聲與功耗優(yōu)化（全鏈）
  • 158 mW/CH，0.75 nV/√Hz，65 MSPS
  • 101 mW/CH，功率1.1 nV/√Hz，40 MSPS
  • 連續(xù)波模式下80 mW/CH
• 卓越的設備間增益匹配
  • ±0.5 dB（典型）和±0.9 dB（最大）
• 低諧波失真
• 快速且持續(xù)的過載恢復
• 連續(xù)波多普勒（CWD）被動混頻器
  • 低近相位噪聲：1
    KHz時，2.5 MHz載波，低156 dBc/Hz
  • 相位分辨率為1/16λ
  • 支持16X、8X、4X和1X連續(xù)時鐘
  • 第三和第五諧波的12 dB抑制
  • 柔性輸入時鐘
• 小封裝：15毫米×9毫米，135針NFBGA

參數(shù)

方框圖

AFE5808A 是德州儀器（TI）推出的高集成度超聲模擬前端（AFE）芯片，集成 8 通道完整信號鏈與連續(xù)波多普勒（CWD）路徑，支持 14/12 位 ADC 采樣（最高 65 MSPS），以低噪聲、靈活功耗配置和小尺寸為核心優(yōu)勢，專為醫(yī)療超聲成像、無損檢測設備設計。

一、芯片基礎信息與核心特性

1. 基礎規(guī)格

• 文檔與型號 ：文檔編號 SLOS729D，2011 年 10 月發(fā)布、2015 年 11 月修訂，與 AFE5803/5807/5808 引腳兼容。
• 供電與溫度 ：模擬電源（AVDD）3.15V-3.6V，5V 模擬電源（AVDD_5V）4.75V-5.5V，ADC / 數(shù)字電源（AVDD_ADC/DVDD）1.7V-1.9V；工作溫度 0°C 至 85°C，存儲溫度 - 55°C 至 150°C。
• 封裝與散熱 ：15mm×9mm 135 引腳 NFBGA 封裝，底部帶熱焊盤（DAP），結到環(huán)境熱阻 34.1°C/W，熱焊盤需焊接至 PCB 接地平面以保障散熱。

2. 核心性能指標

• 信號鏈性能 ：LNA 增益可選 12/18/24 dB，輸入噪聲低至 0.63 nV/√Hz（24 dB 增益）；40 dB 電壓控制衰減器（VCAT）線性度優(yōu)異，PGA 增益可選 24/30 dB；3 階低通濾波器（LPF）支持 10/15/20/30 MHz cutoff 頻率。
• ADC 性能 ：14 位分辨率，無失碼；65 MSPS 采樣率下 SNR 達 77 dBFS，SFDR 優(yōu)異，THD-55 dBc；通道間增益匹配 ±0.5 dB（典型）、±0.9 dB（最大），過載恢復時間快且一致。
• CW 路徑性能 ：集成無源混頻器與求和放大器，支持 16X/8X/4X/1X CW 時鐘模式；1 kHz 偏移時相位噪聲 - 156 dBc/Hz，3 次 / 5 次諧波抑制≥12 dB；I/Q 通道增益匹配 ±0.04 dB，相位匹配 ±0.1°。
• 功耗優(yōu)化 ：低噪聲模式下 65 MSPS 功耗 158 mW / 通道，40 MSPS 低功耗模式 80 mW / 通道；支持全局 / 部分 / 單通道掉電，完全掉電功耗僅 0.6 mW / 通道，喚醒時間最快 1 μs。

二、關鍵功能模塊與工作原理

1. 核心功能模塊

• 8 通道信號鏈 ：每通道集成 LNA、VCAT、PGA、LPF 和 14 位 ADC，支持獨立配置；LNA 支持 50/100/200/400 Ω 可編程有源終端，適配不同超聲換能器阻抗。
• CWD 路徑 ：內(nèi)置 8 通道無源混頻器，支持 16 級相位延遲（步長 22.5°），實現(xiàn)高精度波束成形；求和放大器支持 32 種增益配置，可外部擴展多芯片級聯(lián)。
• 靈活配置功能 ：
  • 功耗模式：支持低噪聲 / 中功率 / 低功率三檔配置，平衡噪聲與功耗需求。
  • 數(shù)字處理：ADC 支持通道平均、數(shù)字高通濾波（HPF）、低頻噪聲抑制，輸出格式可選 12/14/16 位 LVDS。
  • 測試模式：提供斜坡、偽隨機、自定義等多種 LVDS 測試圖案，便于系統(tǒng)調(diào)試。

2. 工作原理

• 超聲信號經(jīng) LNA 放大、VCAT 衰減（實現(xiàn)時間增益控制 TGC）、PGA 二次放大、LPF 抗混疊濾波后，由 ADC 數(shù)字化并通過 LVDS 接口輸出；CWD 路徑通過混頻器下變頻信號，經(jīng)求和放大器匯總后輸出 I/Q 基帶信號。
• 采樣時鐘支持差分（LVDS/LVPECL）或單端（CMOS）輸入，CW 時鐘支持多模式配置，通過 SPI 接口實現(xiàn)增益、濾波器、功耗等參數(shù)的靈活編程。

三、應用場景與設計建議

1. 典型應用

• 醫(yī)療超聲成像 ：支持 B 超、彩色多普勒等模式，低噪聲特性保障深部組織信號采集，多通道同步性滿足陣列換能器需求。
• 無損檢測設備 ：高采樣率與寬信號帶寬適配高頻超聲探頭，抗干擾能力強，適配工業(yè)環(huán)境檢測場景。

2. 設計注意事項

• 電源與接地 ：模擬地（AVSS）與數(shù)字地（DVSS）共地，各電源引腳就近并聯(lián) 0.1 μF 去耦電容，CM_BYP/VHIGH 引腳需并聯(lián)≥1 μF 電容抑制低頻噪聲。
• 時鐘設計 ：ADC/CW 時鐘推薦使用低抖動源（如 LMK048X 系列），差分時鐘需 AC 耦合，單端時鐘建議 1.8V 振幅；多芯片系統(tǒng)需保證時鐘延遲匹配。
• 輸入 / 輸出匹配 ：LNA 輸入通過 0.1 μF 電容 AC 耦合，INM 引腳并聯(lián) 15 nF 電容設置 HPF cutoff；LVDS 輸出需匹配 100 Ω 差分負載，走線長度差異控制在 3.81 mm 內(nèi)。
• ESD 防護 ：芯片 ESD 額定值為人體放電模型（HBM）±1000 V、帶電器件模型（CDM）±250 V，存儲和操作時需采取防靜電措施。

四、關鍵配置與操作要點

1. 核心功能配置

• 信號鏈配置 ：通過寄存器選擇 LNA/PGA 增益、LPF 頻率、VCAT 衰減量；啟用有源終端時需配置對應寄存器與外部電容。
• 功耗管理 ：支持全局掉電（PDN_GLOBAL）、VCA 部分掉電（PDN_VCA）、ADC 掉電（PDN_ADC），可通過引腳或寄存器控制，寄存器配置在掉電模式下保持。
• CW 路徑配置 ：選擇時鐘模式（16X/8X/4X/1X），配置混頻器相位延遲與求和放大器增益；多芯片級聯(lián)時通過 1X CW 時鐘同步。
• 數(shù)字功能配置 ：啟用通道平均提升 SNR，配置數(shù)字 HPF 抑制低頻噪聲，選擇 LVDS 輸出格式與速率。

2. SPI 接口操作

• 通信格式 ：4 線 SPI 接口（SEN/SCLK/SDATA/SDOUT），SEN 低電平啟動傳輸，24 位幀格式（8 位地址 + 16 位數(shù)據(jù)），SCLK 最高頻率 20 MHz。
• 寄存器操作 ：支持讀寫配置寄存器，包括增益、濾波器、功耗模式等參數(shù)；支持寄存器讀回功能，便于驗證配置正確性。