該AFE4400是一款完全集成的模擬前端 （AFE），非常適合脈搏血氧儀應(yīng)用。該器件由一個低噪聲接收器通道組成，該通道集成了模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC）、一個 LED 發(fā)射部分以及用于傳感器和 LED 故障檢測的診斷功能。該器件是一個非常可配置的定時控制器。這種靈活性使用戶能夠完全控制器件時序特性。為了降低時鐘要求并為AFE4400提供低抖動時鐘，還集成了一個振蕩器，該振蕩器由外部晶體提供功能。該器件使用 SPI? 接口與外部微控制器或主機處理器通信。

該器件是一個完整的 AFE 解決方案，封裝在單個緊湊的 VQFN-40 封裝（6 mm × 6 mm）中，額定工作溫度范圍為 0°C 至 70°C。
*附件：afe4400.pdf

特性

• 用于脈搏血氧儀應(yīng)用的完全集成模擬前端：
  • 靈活的脈沖排序和
    定時控制
• 傳輸：
  • 集成 LED 驅(qū)動器
    （H 橋、推或拉）
  • 動態(tài)范圍：95 dB
  • LED電流：
    • 可編程至 50 mA，電流分辨率為 8 位
  • 低功耗：
    • 100 μA + 平均 LED 電流
  • 可編程 LED 導(dǎo)通時間
  • 獨立的 LED2 和 LED1 基準(zhǔn)電流
• 具有高動態(tài)范圍的接收通道：
  • 13 個無噪聲位
  • 低功耗：3.3V電源時<670μA
  • 集成數(shù)字環(huán)境估計和減法
  • 靈活的接收采樣時間
  • 具有可編程 LED 設(shè)置的靈活跨阻放大器
• 集成故障診斷：
  • 光電二極管和 LED 開路和
    短路檢測
  • 電纜開斷檢測
• 用品：
  • Rx = 2.0 V 至 3.6 V
  • 發(fā)射 = 3.0 V 至 5.25 V
• 封裝：緊湊型 VQFN-40（6 mm × 6 mm）
• 指定溫度范圍：0°C 至 70°C

參數(shù)

方框圖

AFE4400 是一款面向脈搏血氧儀、光學(xué)心率監(jiān)測（HRM）的全集成模擬前端（AFE），集成 LED 驅(qū)動、低噪聲接收通道、22 位 ADC 與故障診斷功能，支持靈活時序配置與高速 SPI 通信，以緊湊封裝和低功耗特性滿足低成本醫(yī)療與工業(yè)光度測量需求。

核心參數(shù)與性能

• 分辨率與動態(tài)范圍 ：接收通道支持 13 位無噪聲 bits（NFB），集成 22 位 ADC，總輸入?yún)⒖荚肼曤娏鞯椭?1.4 pA RMS（0.1 Hz-5 Hz 帶寬）；發(fā)射器動態(tài)范圍 95 dB，支持 8 位分辨率 LED 電流調(diào)節(jié)。
• LED 驅(qū)動特性 ：LED 驅(qū)動電流 0-50 mA 可編程，支持 H 橋 / 推挽驅(qū)動模式；LED 開啟時間、脈沖寬度可編程，最小采樣時間 50 μs，脈沖重復(fù)頻率（PRF）62.5 SPS-5000 SPS 可調(diào)。
• 接收通道性能 ：跨阻放大器（TIA）反饋電阻 10 kΩ-1 MΩ 可編程，反饋電容 5 pF-250 pF 可選；支持環(huán)境光抵消與二級增益調(diào)節(jié)（0 dB/3.5 dB/6 dB/9.5 dB/12 dB），共模抑制比（CMRR）最高 95 dB。
• 功耗與工作條件 ：接收通道功耗 <670 μA（3.3 V 供電），整體功耗 100 μA + 平均 LED 電流；接收電源 2.0 V-3.6 V，發(fā)射電源 3.0 V-5.25 V；工作溫度 0°C-70°C。

封裝與引腳

• 采用 6 mm×6 mm 40 引腳 VQFN（RHA）封裝，引腳包含模擬 / 數(shù)字電源、LED 驅(qū)動輸出（TXP/TXN）、光電二極管輸入（INP/INN）、SPI 接口（SCLK/SPISIMO/SPISOMI/SPISTE）及控制引腳（RESET/AFE_PDN/ADC_RDY）。
• 關(guān)鍵引腳功能：INP/INN 連接光電二極管陰陽極，TXP/TXN 連接 LED，VCM 引腳提供共模電壓用于信號屏蔽，BG 引腳需外接 2.2 μF 去耦電容，XIN/XOUT 連接 8 MHz 晶振。

核心功能與特性

• 靈活時序與控制 ：16 位定時器模塊支持 11 路信號時序編程，可獨立配置 LED 開啟 / 采樣 / ADC 轉(zhuǎn)換時間，適配不同傳感器與應(yīng)用場景。
• 環(huán)境光抵消與信號處理 ：集成數(shù)字環(huán)境光估計與減法模塊，通過環(huán)境 DAC 抵消環(huán)境光干擾；二級放大器增強微弱信號增益，低通濾波器（500 Hz 帶寬）降低高頻噪聲。
• 故障診斷功能 ：支持光電二極管 / LED 開路 / 短路檢測、線纜通斷檢測，通過 LED_ALM/PD_ALM 引腳輸出告警，診斷狀態(tài)可通過寄存器讀取。
• 低功耗與電源管理 ：支持接收端 / 發(fā)射端獨立掉電及全芯片掉電模式，掉電功耗低至 0.1 mW；內(nèi)置晶振振蕩器，可輸出 4 MHz 時鐘供外部微控制器使用。

典型應(yīng)用場景

• 低成本醫(yī)療脈搏血氧儀（SPO?）、光學(xué)心率監(jiān)測設(shè)備（HRM）、工業(yè)光度測量系統(tǒng)、便攜式健康監(jiān)測設(shè)備。

設(shè)計要點

• 電源與去耦 ：模擬電源（RX_ANA_SUP）與數(shù)字電源（RX_DIG_SUP）需獨立供電，就近配置 0.1 μF 陶瓷去耦電容；LED_DRV_SUP 需適配 LED 正向電壓與線纜壓降，建議外接大容量旁路電容。
• 輸入與布線 ：INP/INN 信號線需短且遠(yuǎn)離數(shù)字電路，長距離布線需用 VCM 信號屏蔽；TXP/TXN 為高速開關(guān)信號，需遠(yuǎn)離敏感模擬路徑，避免串?dāng)_。
• 時序與配置 ：通過寄存器配置 LED 電流、TIA 增益、PRF 及采樣時序，確保 ADC 轉(zhuǎn)換與 LED 脈沖時序無重疊；環(huán)境光抵消 DAC 需根據(jù)實際場景校準(zhǔn)，優(yōu)化動態(tài)范圍。
• 診斷與校準(zhǔn) ：上電后建議啟用診斷功能驗證硬件連接；通過 ADC_RDY 引腳同步數(shù)據(jù)讀取，確保采樣完整性。

產(chǎn)品型號與供貨

• 在售型號為 AFE4400RHAT（250 片 / 小卷帶）與 AFE4400RHAR（2500 片 / 大卷帶），符合 RoHS 標(biāo)準(zhǔn)，MSL 等級 3（260°C 回流焊，168 小時濕度敏感）。