該AFE58JD16是一種高度集成的模擬前端 （AFE） 解決方案，專門用于 專為高性能、低功耗和小尺寸的超聲系統(tǒng)而設(shè)計 必填。

要索取完整的數(shù)據(jù)表或其他設(shè)計資源：索取AFE58JD16
*附件：afe58jd16.pdf

該AFE58JD16是一款集成模擬前端 （AFE），針對醫(yī)療超聲應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。這 AFE58JD16 是一種多芯片模塊 （MCM） 器件，具有兩個芯片：VCA 和 ADC_CONV。每個模具總共有 16 個 渠道。

VCA芯片中的每個通道都可以配置為兩種模式：時間增益補(bǔ)償（TGC）模式和 連續(xù)波 （CW） 模式。在 TGC 模式下，每個通道都包括一個輸入衰減器 （ATTEN），這是一種低噪聲 具有可變增益的放大器 （LNA） 和三階低通濾波器 （LPF）。衰減器支持衰減 范圍為 8 dB 至 0 dB，LNA 支持 14 dB 至 45 dB 的增益范圍。LPF 截止頻率可以是 配置為 10 MHz、15 MHz、20 MHz 或 25 MHz，以支持不同頻率的超聲應(yīng)用。 在CW模式下，每個通道包括一個固定增益為18 dB的LNA，以及一個16 dB的低功耗無源混頻器 可選相位延遲?？梢詫γ總€模擬輸入信號施加不同的相位延遲，以執(zhí)行片上 波束成形作。CW 混頻器中的諧波濾波器抑制三次和五次諧波以增強(qiáng) CW 多普勒測量的靈敏度。CW模式支持三種時鐘模式：16X、8X和4X。

ADC_CONV芯片的每個通道都有一個高性能模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC），帶有 14 位或 12 位的可編程分辨率。該ADC在14位時實(shí)現(xiàn)75 dBFS信噪比（SNR） 模式，12位模式下的72 dBFS SNR。該ADC在低通道增益下提供出色的SNR。設(shè)備 以 65 MSPS 和 80 MSPS 的最大速度運(yùn)行，分別提供 14 位和 12 位輸出。這 ADC設(shè)計用于隨采樣率縮放功率。ADC的輸出接口為低壓差分 信令 （LVDS） 或 JESD 接口，可輕松與低成本現(xiàn)場可編程門陣列連接 （FPGA）。

該AFE58JD16包括一個可選的數(shù)字解調(diào)器和 12 或 14 之后的JESD204B數(shù)據(jù)打包模塊 位ADC。數(shù)字同相和正交 （I/Q） 解調(diào)器，具有可編程分?jǐn)?shù)抽取濾波器 以低功耗加速計算密集型算法。該設(shè)備還支持可選JESD204B 運(yùn)行速度高達(dá) 5 Gbps 的接口，進(jìn)一步降低了高通道數(shù)中的電路板布線挑戰(zhàn) 系統(tǒng)。

該AFE58JD16還允許選擇各種功率和噪聲組合來優(yōu)化系統(tǒng) 性能。因此，這些器件是適合具有嚴(yán)格電池壽命的系統(tǒng)的超聲AFE解決方案 要求。該AFE58JD16采用 15 mm xD7 15 mm NFBGA-289 封裝（ZAV 封裝，S-PBGAN289） 并指定用于從 x9640xB0C 到 +85xB0C 的工作。器件引腳排列也與AFE5818類似 家庭。

特性

• 用于超聲應(yīng)用的 16 通道 AFE：
  • 輸入衰減器、LNA、LPF、ADC 和
    CW 混頻器
  • 數(shù)字時間增益補(bǔ)償 （DTGC）
  • 總增益范圍：6 dB至45 dB
  • 線性輸入范圍：1 V聚丙烯
• 帶 DTGC 的輸入衰減器：
  • 8 dB至0 dB衰減，步長為0.125 dB
  • 支持匹配阻抗：
    • 50 Ω至800 Ω源阻抗
• 帶 DTGC 的低噪聲放大器 （LNA）：
  • 14 dB至45 dB增益，步長為0.125 dB
  • 低輸入電流噪聲：1.2 pA/√Hz
• 三階線性相位低通濾波器（LPF）：
  • 10 MHz、15 MHz、20 MHz 和 25 MHz
• 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC）：
  • 14位ADC：65 MSPS時為75 dBFS SNR
  • 12位ADC：80 MSPS時為72 dBFS SNR
• LVDS 接口，最大速度高達(dá)
  1 Gbps
• 針對噪音和功率進(jìn)行了優(yōu)化：
  • 90 mW/Ch，1 nV/√Hz，65 MSPS
  • 55 mW/通道，1.45 nV/√Hz，40 MSPS
  • CW 模式下為 59 mW/Ch
• 出色的器件間增益匹配：
  • ±0.5 dB（典型值）
• 低諧波失真：–60 dBc 電平
• 快速一致的過載恢復(fù)
• 連續(xù)波 （CW） 路徑具有：
  • 1kHz頻率
    下–148 dBc/Hz的低近相位噪聲
  • 相位分辨率：λ / 16
  • 支持 16X、8X、4X 和 1X CW 時鐘
• 數(shù)字功能：
  • ADC后的數(shù)字I/Q解調(diào)器：
    • 分?jǐn)?shù)抽取濾波器 M = 1 至 63
      ，增量步長為 0.25 倍
    • 抽取后
      數(shù)據(jù)吞吐量降低
    • 片上 RAM，具有 32 個預(yù)設(shè)配置文件
• 5 Gbps JESD 接口：
  • JESD204B 0、1 和 2 子類
  • 每個 JESD 通道 2、4 或 8 個通道
• 小封裝：15 mm × 15 mm NFBGA-289

參數(shù)

方框圖

AFE58JD16 是德州儀器專為超聲系統(tǒng)設(shè)計的高集成度模擬前端（AFE），核心優(yōu)勢是低功耗（90 mW / 通道）、低噪聲（1 nV/√Hz）、雙分辨率 ADC 配置及支持 TGC/CW 雙工作模式，搭配 JESD204B 高速接口，適用于醫(yī)療超聲成像、無損檢測、聲納成像等多通道高速數(shù)據(jù)采集場景。

一、核心性能與定位

• 通道與信號調(diào)理 ：16 通道并行設(shè)計，每通道集成輸入衰減器、低噪聲放大器（LNA）、3 階低通濾波器（LPF），總增益范圍 6 dB45 dB，線性輸入范圍 1 VPP，適配 50 Ω800 Ω 源阻抗。
• ADC 性能 ：支持可編程分辨率，14 位模式下采樣率 65 MSPS、SNR 75 dBFS；12 位模式下采樣率 80 MSPS、SNR 72 dBFS；諧波失真低至 -60 dBc，過載恢復(fù)快速且穩(wěn)定。
• 噪聲與功耗 ：輸入電流噪聲 1.2 pA/√Hz，電壓噪聲 1 nV/√Hz（65 MSPS 時）；支持功耗 scaling，40 MSPS 時功耗低至 55 mW / 通道，CW 模式下 59 mW / 通道，適配電池供電設(shè)備。
• 接口與環(huán)境 ：支持 LVDS（最高 1 Gbps）和 JESD204B 接口（最高 5 Gbps，子類 0/1/2），單 lane 可承載 2/4/8 通道數(shù)據(jù)；工作溫度 -40°C~85°C，滿足工業(yè)與醫(yī)療嚴(yán)苛環(huán)境要求。

二、關(guān)鍵功能與硬件特性

1. 集成功能模塊

• 雙工作模式：TGC 模式（時間增益補(bǔ)償）支持 0 dB8 dB 衰減（0.125 dB 步進(jìn)）、14 dB45 dB 可變增益（0.125 dB 步進(jìn)），LPF cutoff 可選 10/15/20/25 MHz；CW 模式（連續(xù)波）內(nèi)置 18 dB 固定增益 LNA 與無源混頻器，支持 16 級相位延遲（λ/16 分辨率），抑制 3/5 次諧波，適配多普勒測量。
• 數(shù)字處理：集成數(shù)字 I/Q 解調(diào)器、分?jǐn)?shù)抽取濾波器（M=1~63，0.25 增量步進(jìn)），降低后端數(shù)據(jù)吞吐量；片上 RAM 存儲 32 組預(yù)設(shè)配置文件，支持快速模式切換。
• 一致性與抗干擾：通道間增益匹配典型值 ±0.5 dB，保證多通道采集一致性；CW 模式近載相位噪聲低至 -148 dBc/Hz（1 kHz 偏移），抗干擾能力優(yōu)異。
• 封裝與集成：采用 15 mm×15 mm NFBGA-289 封裝，引腳布局兼容 AFE5818 系列，便于系統(tǒng)升級；多芯片模塊（MCM）設(shè)計，集成 VCA（可變增益放大器）和 ADC_CONV（ADC 轉(zhuǎn)換）雙芯片，簡化板級設(shè)計。

2. 工作模式

• TGC 模式：針對脈沖超聲成像，通過可編程衰減器與 LNA 實(shí)現(xiàn)動態(tài)增益補(bǔ)償，抵消超聲信號傳播衰減，提升深部組織成像質(zhì)量。
• CW 模式：支持 1X/4X/8X/16X 時鐘模式，內(nèi)置混頻器與相位延遲單元，可實(shí)現(xiàn)片上波束形成，適用于連續(xù)波多普勒血流測量。
• 低功耗模式：ADC 采樣率可動態(tài)調(diào)整，功耗隨速率同步縮放，非工作時段可切換至低功耗狀態(tài)，延長設(shè)備續(xù)航。
• 校準(zhǔn)模式：支持通道增益與相位校準(zhǔn)，通過片上配置優(yōu)化多通道一致性，提升成像均勻性。

3. 接口與封裝

• 數(shù)據(jù)接口：LVDS 接口支持點(diǎn)對點(diǎn)高速傳輸，JESD204B 接口減少布線復(fù)雜度，適配 FPGA 等后端處理芯片，降低系統(tǒng)集成難度。
• 控制接口：通過配置引腳或串行接口設(shè)定工作模式、增益、濾波器參數(shù)及 ADC 分辨率，支持靈活配置。
• 封裝選項：僅提供 NFBGA-289 封裝（15 mm×15 mm），焊球材質(zhì)為 SNAGCU，符合 RoHS 標(biāo)準(zhǔn)，MSL 等級 3（260°C 回流，168 小時）。

三、典型應(yīng)用場景

• 醫(yī)療超聲成像：腹部、心血管等超聲診斷設(shè)備的多通道信號采集；
• 無損檢測設(shè)備：工業(yè)材料缺陷檢測、結(jié)構(gòu)完整性評估；
• 聲納成像：水下目標(biāo)探測、海洋測繪等聲納系統(tǒng)；
• 多通道高速數(shù)據(jù)采集：其他需要低噪聲、低功耗的多通道信號調(diào)理與數(shù)字化場景。

四、設(shè)計關(guān)鍵要點(diǎn)

1. 供電與去耦 ：需嚴(yán)格按推薦電源軌供電，每個通道電源引腳就近配置低 ESR 去耦電容，減少電源噪聲耦合，保障低噪聲性能。
2. 阻抗匹配：輸入電路需匹配 50 Ω~800 Ω 源阻抗，避免信號反射；JESD204B 接口 lane 需做 100 Ω 差分阻抗匹配，優(yōu)化高速傳輸完整性。
3. 時序同步：多通道工作時需通過 JESD204B 接口的 SYSREF 信號實(shí)現(xiàn)同步，確保通道間相位一致性，提升成像質(zhì)量。
4. 散熱設(shè)計：16 通道并行工作時需合理規(guī)劃 PCB 散熱路徑，封裝底部熱焊盤需可靠接地，避免高溫影響性能穩(wěn)定性。