10 位 AFE532A3W 和 8 位 AFE432A3W （AFEx32A3W） 是 3 通道、緩沖電壓輸出、電流輸出和 ADC 輸入、智能模擬前端 （AFE）。AFEx32A3W 支持用于激光二極管和微型電機線性控制的電流源。這些器件支持Hi-Z掉電模式和電壓輸出斷電條件下的Hi-Z輸出。通道1可配置為ADC、電壓輸出DAC或比較器。電壓輸出DAC提供力檢測選項，用作可編程比較器和電流吸收器。多功能 GPIO、功能生成和可編程非易失性存儲器 （NVM） 使這些智能 AFE 能夠實現無處理器應用和設計重用。這些器件可自動檢測 SPI 或 I2C 接口，并包含內部基準電壓源。

AFEx32A3W 功能集與微型封裝和低功耗相結合，使這些智能 AFE 成為無源光網絡 （PON） 和其他工業激光應用中激光二極管功率控制和電吸收調制激光器 （EML） 控制的絕佳選擇。
*附件：afe532a3w.pdf

特性

• 電流源DAC：
  • 1LSB DNL
  • 兩個量程：300mA 和 220mA
  • 770mV 動態余量
• 雙電壓輸出DAC：
  • 1LSB DNL
  • 收益為 1 ×、1.5 ×、2 ×、3 ×和 4 ×
• 通道1上的ADC輸入
• 通道1上的可編程比較器模式
• VDD關閉時的高阻抗輸出
• 高阻抗和電阻下拉掉電模式
• 50MHz SPI 兼容接口
• 自動檢測 I2C 或 SPI
  • 1.62V VIH，VDD = 5.5V
• 通用輸入/輸出 （GPIO） 可配置為多種功能
• 預定義波形生成：正弦波、余弦波、三角波、鋸齒波
• 用戶可編程非易失性存儲器 （NVM）
• 內部或電源作為參考
• 工作范圍廣：
  • 電源：3V至5.5V
  • 溫度：–40°C 至 +125°C

參數

方框圖

一、產品概述

TX75E16 是德州儀器推出的 高集成度 5 電平 16 通道發射器 ，專為超聲成像系統設計，核心優勢在于集成 16 路脈沖發生器、16 路收發（T/R）開關及片上波束形成器，支持高壓脈沖輸出（最高 ±100V）與快速模式切換（T/R 開關通斷時間 100ns），適配超聲掃描儀、壓電驅動器、超聲智能探頭等場景。器件采用 10mm×10mm 144 引腳 FC-BGA（ALH 封裝），集成浮地電源與偏置電壓所需的無源元件，大幅減少外部元件數量，工作溫度范圍 0~70°C，兼顧高性能與小型化需求。

二、核心特性

（一）高壓脈沖發射能力

• 5 電平脈沖輸出 ：輸出電壓范圍 ±1~±100V，最大輸出電流 2A，支持 4A 增強電流模式，適配不同功率需求的超聲換能器；
• 寬頻帶性能 ：帶載（1kΩ||240pF）時 - 3dB 帶寬隨供電電壓變化：±100V 供電下 20MHz，±70V 供電下 25MHz，4A 模式（±100V）下 35MHz，滿足高頻超聲成像需求；
• 低失真與噪聲 ：5MHz 信號二次諧波 - 45dBc，集成抖動 100fs（100Hz~20kHz），CW 模式近載頻相位噪聲 - 154dBc/Hz（1kHz 偏移），確保高質量脈沖信號生成；
• 放電功能 ：支持 “真歸零”（True return to zero），可將輸出放電至地，避免換能器殘留電荷影響成像精度。

（二）高速收發切換與保護

• 集成 T/R 開關 ：每通道獨立 T/R 開關，導通電阻僅 8Ω，通斷時間均為 100ns，切換時瞬態毛刺僅 10mVPP，有效保護低壓接收電路免受高壓脈沖損壞；
• 可編程負載阻尼 ：支持 200Ω、100Ω、67Ω 三檔阻尼電阻配置，適配不同阻抗的換能器，減少信號反射與振蕩；
• 低接收功耗 ：接收模式下每通道功耗僅 1mW，降低系統整體功耗，適配電池供電的便攜式超聲設備（如智能探頭）。

（三）片上波束形成器

• 高精度延遲控制 ：延遲分辨率為波束形成器時鐘周期的 1/2（最小 2ns），最大延遲為214個時鐘周期，波束形成器時鐘最高 320MHz，可精確控制各通道脈沖時序，實現超聲波束定向發射；
• 多模式圖案生成 ：每通道配備 960 字長 RAM 存儲圖案配置，支持 2000 種不同電平的局部 / 全局重復圖案，可生成長時間序列圖案（如剪切波成像所需的連續脈沖），支持 120 種延遲配置文件；
• 通道獨立控制 ：基于通道的 T/R 開關通斷控制與圖案配置，可實現多通道異步或同步脈沖發射，靈活適配不同成像模式（如相控陣、線陣超聲）。

（四）高速編程與可靠性

• 雙編程接口 ：支持高速 LVDS 串行接口（最高 400MHz，延遲配置更新時間 < 500ns）與 CMOS 串行接口（最高 50MHz），適配不同系統數據速率需求；
• 錯誤檢測與保護 ：32 位校驗和功能檢測 SPI 寫入錯誤，內部錯誤標志寄存器可識別故障狀態并自動觸發關斷模式；集成溫度傳感器與自動熱關斷功能，避免過熱損壞；
• 無電源時序要求 ：無需特定電源上電順序，簡化系統電源設計；集成浮地電源與偏置電壓的無源元件，減少外部電容數量，降低 PCB 布局復雜度。

三、器件信息與封裝

（一）封裝與訂購信息

（二）熱學與機械特性

• 封裝尺寸 ：10mm×10mm（長 × 寬），0.8mm 引腳間距，適合高密度 PCB 布局；
• 托盤規格 ：存儲托盤外部尺寸 315mm（長）×131.95mm（寬），單元口袋間距 15.07mm，角落口袋中心距邊緣 12.9mm（X 向）/12.8mm（Y 向），最高耐受溫度 150°C，適配工業級倉儲與焊接流程。

四、關鍵術語與應用說明

（一）核心術語定義

（二）典型應用場景

1. 超聲成像系統 ：16 通道脈沖發生器驅動多陣元超聲換能器，片上波束形成器控制各通道延遲，實現波束定向發射；T/R 開關在發射時斷開保護接收電路，接收時導通傳遞回波信號，適配相控陣超聲掃描儀；
2. 壓電驅動器 ：輸出 ±1~±100V 高壓脈沖驅動壓電元件，4A 增強電流模式可滿足大功率壓電執行器需求，可編程阻尼電阻適配不同容性負載；
3. 超聲智能探頭 ：小型化封裝（10mm×10mm）與低接收功耗（1mW/ch），適合集成于便攜式探頭，減少探頭體積與功耗，提升設備便攜性。

五、設計與使用要點

（一）電源配置

• 高壓電源 ：A 側（AVDDP_HV_A/AVDDM_HV_A）與 B 側（AVDDP_HV_B/AVDDM_HV_B）獨立供電，需根據輸出電壓需求選擇 ±70V 或 ±100V 電源，電源紋波需控制在 1% 以內，避免影響脈沖質量；
• 低壓電源 ：AVDDP_5（5V）、AVDDM_5（5V 地）、AVDDM_1P8（1.8V）為數字電路與波束形成器供電，需單獨濾波（建議并聯 1μF 陶瓷電容 + 10μF 鉭電容），確保低壓電路穩定工作；
• 浮地設計 ：器件集成浮地電源所需無源元件，外部無需額外配置，但需保證浮地與系統地之間的絕緣，避免高壓擊穿。

（二）編程與控制

• 接口選擇 ：高速 LVDS 接口（400MHz）適合需快速更新延遲配置的場景（如實時波束調整），CMOS 接口（50MHz）適合低速配置需求，兩者均支持 SPI 協議；
• 配置流程 ：通過 SPI 寫入延遲配置文件（120 種可選）與圖案配置文件（每通道 960 字），寫入后需觸發校驗和檢測，確保數據正確性；故障時可讀取錯誤標志寄存器定位問題（如過熱、SPI 寫入錯誤）；
• 波束形成器時鐘 ：需外部提供最高 320MHz 時鐘，時鐘抖動需 < 50fs，避免影響延遲控制精度。

（三）PCB 布局與防護

• 高壓布線 ：AVDDP_HV/A、AVDDM_HV/A 等高壓引腳布線需滿足爬電距離（建議≥0.2mm/100V），采用粗銅皮（≥0.5mm 寬）降低線路壓降；
• 信號隔離 ：高壓脈沖輸出（OUT_1OUT_16）與低壓接收信號（RX_1RX_16）需分開布局，間距≥1mm，避免高壓耦合干擾；
• ESD 防護 ：器件對靜電敏感，需遵循 JEDEC ESD 防護標準（HBM±2000V，CDM±500V），焊接與調試時佩戴防靜電手環，PCB 預留 ESD 防護器件位置（如 TVS 管）。

六、文檔與技術支持

（一）文檔更新與資源

• 文檔修訂 ：2025 年 7 月修訂版更新了 “B 側電源” 術語定義（明確為 AVDDP_HV_B 與 AVDDM_HV_B），需注意與舊版文檔的一致性；
• 支持資源 ：TI 官網提供器件產品文件夾，包含參考設計、應用筆記（如《超聲波束形成器配置指南》），E2E 論壇可獲取工程師技術支持；
• 通知訂閱 ：在 TI 官網器件頁面點擊 “Alert me”，可接收文檔更新通知，及時獲取最新規格與設計建議。

（二）訂購與包裝

• 包裝信息 ：量產型號 TX75E16ALH 采用 JEDEC 標準托盤（5+1）包裝，每盤 240 片，托盤最高耐受溫度 150°C，存儲時需避免高溫高濕環境；
• RoHS 合規 ：器件符合 RoHS 標準，焊球材質為 SnAgCu，適合無鉛焊接工藝，MSL 等級 3，焊接前需按 JEDEC J-STD-033 標準進行吸濕處理。

七、補充說明

• 熱管理 ：盡管器件集成熱關斷功能，仍需在 PCB 上為 ALH 封裝預留足夠散熱面積（建議≥1cm2 銅皮），避免長時間高功率工作導致結溫超過 70°C；
• 兼容性 ：T/R 開關輸出端需匹配換能器阻抗（通常 50~500Ω），可通過外部匹配網絡調整，確保脈沖信號無反射；
• 可靠性測試 ：建議在系統集成階段測試 T/R 開關切換瞬態、高壓脈沖失真度及波束形成延遲精度，確保滿足超聲成像的分辨率與信噪比要求。

AFE432A3W/AFE532A3W 技術文檔總結

（文檔編號 SLASFB2A，2023 年 11 月發布，2025 年 7 月修訂）

一、產品概述

AFE432A3W（8 位分辨率）與 AFE532A3W（10 位分辨率）是德州儀器推出的 三通道智能模擬前端（AFE） ，核心優勢在于集成電壓輸出、電流輸出與 ADC 輸入功能，適配激光二極管控制、電光調制器（EML）偏置等工業場景。器件采用 16 引腳 DSBGA（YBH 封裝，1.76mm×1.76mm），支持 35.5V 寬電壓供電，工作溫度 - 40125°C，通過非易失性存儲器（NVM）、自動接口檢測（I2C/SPI）及波形生成功能，實現無處理器獨立運行，兼顧高精度與低功耗需求。

二、核心特性

（一）多通道功能配置

• 電壓輸出 DAC ：支持 1×/1.5×/2×/3×/4× 增益（內部 1.21V 基準或 VDD 作為參考），輸出電壓范圍 0~VDD，積分非線性（INL）最大 ±1.25LSB（10 位）/±1LSB（8 位），微分非線性（DNL）最大 ±1LSB，確保高精度信號生成；
• 電流輸出 DAC ：兩檔輸出范圍（IOUT-GAIN=000b 時 300mA，IOUT-GAIN=001b 時 220mA），最小輸出電壓裕量 770mV（300mA 輸出時），適配激光二極管、微型電機等負載；
• ADC 輸入 ：僅通道 1 支持，10 位分辨率，輸入電壓范圍 0~VDD/3，積分非線性（INL）最大 ±2LSB，數據速率最高 2008SPS（4 次采樣平均），可用于傳感器信號監測（如光電二極管電流采樣）。

（二）低功耗與寬工作范圍

• 功耗優化 ：正常模式下每通道電流典型 150μA（電壓輸出）、172μA（電流輸出，midscale）；休眠模式（內部基準關閉）電流≤28μA，深度休眠模式≤3μA，適配電池供電設備；
• 供電與溫度 ：單電源供電 3~5.5V（PVDD 與 VDD 短接），結溫最高 150°C（無自動熱關斷，需外部監控負載電流與環境溫度）；
• 關斷特性 ：VDD 關閉時輸出自動進入高阻態（Hi-Z），泄漏電流≤500nA（VOUT≤5.5V），避免系統斷電時信號干擾，適合電壓裕度調節場景。

（三）智能功能與可靠性

1. 波形生成與控制
   • 支持正弦、三角波、鋸齒波 / 逆鋸齒波預定義波形，頻率通過步長（132LSB）與周期（4μs5.12ms / 步）編程調整，正弦波含 24 個預設采樣點，相位可配置 0°/90°/120°/240°；
   • 數字擺率控制：線性 / 對數擺率可選，線性擺率最小 4μs / 步，對數擺率按 3.125% 比例遞增 / 遞減，適配激光功率平滑調節、電機漸變啟動等場景。
2. 故障防護與存儲
   • 集成 NVM（擦寫壽命 20000 次 @-40~85°C，1000 次 @125°C），支持寄存器配置（增益、輸出范圍、GPIO 功能）永久存儲，上電自動加載，避免重復初始化；
   • 故障檢測：NVM 循環冗余校驗（CRC-16-CCITT）、比較器窗口告警、PROTECT 引腳觸發（故障時輸出切換至高阻 / 預設狀態），提升系統可靠性；
   • 比較器功能：通道 1 可配置為無滯回 / 滯回 / 窗口比較器，響應時間典型 10μs（推挽輸出，25pF 負載），支持可編程閾值與輸出極性反轉，適配過壓 / 欠壓檢測。
3. 靈活接口與控制
   • 雙編程接口 ：自動檢測 I2C（標準模式 100kbps / 快速模式 400kbps / 快速 + 模式 1Mbps）或 SPI（最高 50MHz），GPIO/SDO 引腳可配置為 SDO（支持 SPI 讀回）、LDAC（加載 DAC 數據）、RESET（器件復位）等 8 種功能，支持無處理器手動控制；
   • 廣播功能 ：支持通過 BRDCAST-DATA 寄存器同步更新多器件輸出，適配多通道協同場景（如多激光陣列控制）；
   • ADC 監測 ：通道 1 配置為 ADC 時，FB1 引腳需上拉至 VDD，AIN1 引腳作為模擬輸入，支持 4~32 次采樣平均，降低噪聲干擾。