該AFE58JD32LP是一種高度集成的模擬前端 （AFE） 解決方案，專為需要高性能、低功耗和小尺寸的便攜式超聲系統而設計。

該器件通過具有兩個芯片的多芯片模塊 （MCM） 實現：1 個 VCA 芯片和 1 個 ADC 芯片。VCA芯片有32個通道，與ADC芯片的16個通道連接。每個ADC通道交替轉換奇數和偶數VCA通道。
*附件：afe58jd32lp.pdf

VCA芯片中的每個通道都可以配置為兩種模式之一：時間增益補償（TGC）模式或連續波（CW）模式。在TGC模式下，每個通道包括一個低噪聲放大器（LNA）、一個可編程衰減器（ATTEN）、一個可編程增益放大器和一個三階低通濾波器（LPF）。LNA增益可編程為21 dB、18 dB或15 dB。ATTEN支持0 dB至36 dB的衰減范圍，衰減具有數字控制。PGA 提供 21 dB 至 27 dB 的增益選項，步長為 3 dB。LPF 截止頻率可以設置為 10 MHz 和 25 MHz 之間，以支持不同頻率的超聲應用。在CW模式下，LNA的輸出進入具有16個可選相位延遲的低功耗無源混頻器。可以對每個模擬輸入信號施加不同的相位延遲，以執行片內波束成形作。CW 混頻器中的諧波濾波器抑制三次和五次諧波，以提高 CW 多普勒測量的靈敏度。

ADC芯片的16個通道可以配置為以12位或10位的分辨率運行。ADC分辨率可以與轉換速率進行權衡，在12位和10位分辨率下，最高可分別以80 MSPS和100 MSPS的速度運行。由于每個ADC交替轉換兩個VCA通道，因此AFE的32個通道中每個通道在12位和10位模式下的最大采樣率分別為40 MSPS和50 MSPS。ADC設計用于隨采樣率縮放其功率。ADC的輸出接口通過低壓差分信號（LVDS）輸出，可以輕松與低成本的現場可編程門陣列（FPGA）連接。

極低功耗的 AFE 解決方案使其適用于具有嚴格電池壽命要求的系統。

AFE 采用 15 mm × 15 mm 289 引腳 NFBGA 封裝，并與 AFE5832 系列引腳兼容。

特性

• 用于超聲應用的 32 通道 AFE：
  • LNA、衰減器、LPF、ADC、CW 混頻器和數字 I/Q 解調器
  • 數字時間增益補償 （DTGC）
  • 總增益范圍：0 dB至48 dB
• 具有可編程增益的低噪聲放大器 （LNA）：
  • 1pA/rtHz 的低電流噪聲
  • 增益：21 dB、18 dB 和 15 dB
  • 線性輸入范圍：高達 700 mV聚丙烯
• 可編程衰減器 （ATTEN）：
  • 衰減范圍（0.125 dB 步長）：
    0 至 36 dB
  • 數字TGC引擎
• 可編程增益放大器 （PGA）：
  • 增益：21 dB、24 dB 和 27 dB
• 三階、線性相位、低通濾波器 （LPF）：
  • 截止頻率范圍為 10 MHz 至 25 MHz
• 16 個 ADC，以 12 位、80 MSPS 或 10 位、100 MSPS 進行轉換：
  • 每個ADC以半速率轉換兩組輸入
  • 12位模式：72dBFS SNR
  • 10位模式：61dBFS SNR
• TGC 模式電源，不帶數字 I/Q 解調器：
  • 低功耗模式下最低功耗為 18.5 mW/Ch，4 nV/rtHz，10 位，20 MSPS，LVDS（2 倍速率）
  • 27.8 mW/Ch，3 nV/rtHz，低噪聲模式，12位，40 MSPS
  • 24.4 mW/Ch，4 nV/rtHz，低功耗模式，12位，40 MSPS
• 出色的器件間增益匹配：
  • ±0.5 dB（典型值）
• 諧波失真：–55 dBc 電平
• 快速一致的過載恢復
• 連續波 （CW） 路徑具有：
  • 在5 MHz載波的1 kHz頻率偏移下，接近相位噪聲低至–148 dBc/Hz
  • 無信號功耗：10 mW/通道
  • 相位分辨率：λ/16
  • 12 dB三次和五次諧波抑制
• 數字 I/Q 解調器：
  • 抽取濾波器 M = 1 至 63
  • 抽取后數據吞吐量降低
  • 片上 RAM，具有 32 個預設配置文件
• LVDS接口，速度高達1 Gbps
• 小封裝：15 mm × 15 mm NFBGA-289

參數

方框圖

AFE58JD32LP 是德州儀器專為超聲應用設計的 32 通道模擬前端（AFE），核心優勢為低功耗、低噪聲、高集成度及靈活接口，適配便攜式醫療超聲成像、無損檢測等對功耗和尺寸敏感的場景。

核心參數與特性

1. 通道與信號鏈配置：集成 32 個完整信號鏈，每個通道包含低噪聲放大器（LNA）、可編程衰減器、可編程增益放大器（PGA）、低通濾波器（LPF）、ADC 及數字 I/Q 解調器，支持時間增益補償（TGC）和連續波（CW）兩種工作模式。
2. 增益與噪聲性能：總增益范圍 0 dB-48 dB，LNA 增益可選 15 dB/18 dB/21 dB，PGA 增益可選 21 dB/24 dB/27 dB；LNA 電流噪聲低至 1 pA/√Hz，低功耗模式下噪聲 4 nV/√Hz，低噪聲模式下 3 nV/√Hz，信號完整性優異。
3. ADC 性能：16 個 ADC 芯片分時處理 32 通道信號，12 位模式下最高采樣率 40 MSPS（單通道）、總采樣率 80 MSPS，SNR 72 dBFS；10 位模式下最高采樣率 50 MSPS（單通道）、總采樣率 100 MSPS，SNR 61 dBFS。
4. 功耗與封裝：低功耗模式下每通道功耗僅 18.5 mW（10 位、20 MSPS、LVDS 接口），兼顧性能與續航；采用 15mm×15mm 289 引腳 NFBGA 封裝，尺寸緊湊，與 AFE5832 系列引腳兼容。
5. 附加特性：CW 模式支持 16 檔相位延遲調節，三階 / 五階諧波抑制達 12 dB；片內集成 32 組預設配置的 RAM，數字解調支持 1-63 倍抽取濾波，數據吞吐量可靈活調整。

核心功能模塊

• 信號調理鏈路：LNA 提供低噪聲放大，可編程衰減器支持 0 dB-36 dB 精細調節（0.125 dB 步進），PGA 進一步提升信號幅度；三階線性相位 LPF 截止頻率可在 10 MHz-25 MHz 配置，適配不同頻率超聲信號。
• 采樣與解調模塊：ADC 支持分辨率、采樣率靈活權衡，輸出接口兼容 LVDS（最高 1 Gbps）和 JESD204B，可直接對接 FPGA 等控制器；數字 I/Q 解調器支持相干解調，簡化后端信號處理流程。
• CW 專用路徑：內置低功耗無源混頻器，近載頻相位噪聲低至 -148 dBc/Hz（5 MHz 載波、1 kHz 偏移），相位分辨率達 λ/16，支持片上波束成形，適配 CW 多普勒測量場景。
• 系統輔助功能：具備快速過載恢復能力，通道間增益匹配誤差典型值 ±0.5 dB，諧波失真低至 -55 dBc，保障多通道一致性；集成數字 TGC 引擎，適配超聲成像深度補償需求。

應用場景

適用于醫療超聲成像設備、無損檢測設備、聲納成像設備及探頭內置電子系統，尤其適合對功耗、尺寸和噪聲性能有嚴格要求的便攜式產品。

設計要點

1. 接口配置：LVDS 接口需匹配 1 Gbps 速率的阻抗和時序要求，JESD204B 接口需遵循協議規范，確保高速數據傳輸穩定；通過 SPI 接口配置設備參數，需提前規劃寄存器配置流程。
2. 電源與時鐘：需提供低噪聲供電，減少電源噪聲對低噪聲放大器的干擾；時鐘源需保證低抖動，避免影響 ADC 采樣精度。
3. 布局規范：NFBGA 封裝引腳密度高，需嚴格區分模擬、數字信號布線，避免串擾；超聲信號輸入端口需做好阻抗匹配，電源引腳就近放置去耦電容。
4. 模式選擇：根據應用場景切換 TGC 模式（成像）或 CW 模式（多普勒測量），通過配置 LPF 截止頻率、ADC 分辨率和采樣率，平衡性能與功耗。