AFE5851是一種模擬前端定位應用，在性能和集成程度至關重要的領域。該設備包含16個可變增益放大器（VGA），隨后是一個八進制高速（最高可達65 MSPS）的模擬轉數字轉換器（ADC）。

16個單端輸入中每個都有緩沖，最高可接受1VPP輸入擺幅最大，隨后是增益范圍從–5dB到31dB的VGA。VGA增益通過數字控制，增益曲線隨時間的變換可以存儲在內存中，并通過串行接口集成到設備內部。
*附件：afe5851.pdf

每個通道在VGA和ADC之間還集成了一個可選的鉗位和抗鋸齒低通濾波器（在7.5、10或14MHz時具有3dB衰減）。VGA/抗鋸齒濾波器輸出為差分（限制為2 V）PP驅動板載的12位65MSPSADC，該ADC由兩個VGA共享，以優化功耗。每個VGA輸出在交替時鐘周期采樣，使有效采樣頻率為輸入時鐘頻率的一半。如果選擇較低采樣率，ADC還會降低功耗。

ADC輸出以LVDS串行方式，進一步減少了功耗和電路板面積。AFE5851提供64針QFN封裝（9x9毫米） ^2^ ）并且在整個工業溫度范圍內（–40°C至85°C）內都被指定。

特性

• 16個可變增益放大器（VGA）
  • 16個單端緩沖輸入，電壓為1VPP最大揮桿
  • 5.5nV/√Hz VCA輸入噪聲（31dB增益）。
  • 可變增益 –5dB 至 31dB，步進為 0.125dB
  • 數字增益控制
• 3^RD^帶有可編程截止頻率（7.5、10和14MHz）的次序抗鋸齒濾波器。
• 夾 緊
• 模數轉換器（ADC）
  • 八進制信道 12 位，65 MSPS
  • 每個輸入通道最大32.5 MSPS
  • 兩個VGA輸出交替由每個ADC采樣
  • 內部與外部參考支持
  • 引用無需外部解耦
  • 串行LVDS輸出
• 1.8伏和3.3伏電源
• 每信道總功率39毫瓦，32.5 MSPS
• 64-QFN封裝（9毫米×9毫米）
• 應用
  • 影像學：超聲、PET
• 相關設備
  • AFE5801：八進制VGA+ADC，65 MSPS/通道

參數

一、產品核心概述

AFE5851 是德州儀器推出的高集成度模擬前端（AFE），核心優勢為多通道、低功耗與靈活增益控制。產品集成 16 路可變增益放大器（VGA）與 8 路 12 位高速 ADC，單通道最高采樣率 32.5MSPS（ADC 總采樣率 65MSPS），工作溫度范圍 -40°C85°C，采用 64-QFN 封裝（9mm×9mm），模擬供電 3.0V3.6V、數字供電 1.7V~1.9V，集成三階抗混疊濾波器、時間增益控制（TGC）、LVDS 串行輸出等功能，專為超聲、PET 等成像應用及多通道高速數據采集場景設計。

二、關鍵特性與規格

1. 核心性能參數

• 分辨率與線性度 ：12 位 ADC 無丟失碼，通道間增益匹配 ±0.6dB，增益誤差 ±1.8dB（高增益模式）；輸入失調誤差 ±50LSB（31dB 增益），孔徑抖動 450fs rms。
• 動態性能：31dB 增益時輸入噪聲 5.5nV/√Hz（默認模式）、5nV/√Hz（低噪聲模式）；SNR 66dBFS（6dB 增益），SFDR 55dBc，互調失真（IMD3）-70dBFS，串擾 65dB。
• 輸入與增益：16 路單端輸入（最大 1Vpp 擺幅），VGA 增益范圍 -5dB~31.875dB（0.125dB 步進）；三階抗混疊濾波器（AAF） cutoff 頻率可選 7.5/10/14MHz，支持輸入鉗位功能。
• 功耗與輸出：單通道功耗 39mW（32.5MSPS），總功耗 633~831mW；LVDS 串行輸出（12×/10×/16×/14× 序列化速率），數據格式支持二進制補碼或偏移二進制。

2. 核心功能

• 靈活增益控制：支持 TGC 動態增益（非均勻 / 均勻增益模式）與靜態固定增益，TGC 可存儲 148 個增益時序點，支持 0.125dB 精細步進，SYNC 引腳同步多通道增益切換。
• 高集成信號調理：每通道集成緩沖器、VGA、三階抗混疊濾波器與鉗位電路，鉗位功能可優化過載恢復（≤6dB 過載恢復時間 1 個時鐘周期）。
• 多模式工作：ADC 采用兩通道共享架構（2 個 VGA 交替采樣 1 個 ADC），支持通道獨立掉電、待機模式；集成數字高通濾波器、通道平均（提升 SNR）、偏移校正等數字功能。
• 低噪聲優化：支持低噪聲模式（每通道額外 5mW 功耗），可抑制低頻噪聲，輸入級共模電壓 1.6V，適配高阻抗傳感器輸入。

三、封裝與引腳

1. 封裝信息

• 64-QFN 封裝：引腳間距 0.5mm，外露熱焊盤接 AVSS 優化散熱；MSL 等級 3，支持 260°C 回流焊，符合 RoHS 標準，ESD 防護等級 2kV（人體模型）。

2. 關鍵引腳功能

• 電源與地：AVDD3（VGA 供電）、AVDD18（ADC 供電）、DVDD18（LVDS 供電）、AVSS/DVSS（模擬 / 數字地），需就近并聯 0.1μF 陶瓷電容去耦。
• 輸入與參考：IN1~IN16（16 路單端模擬輸入）、VCM（共模電壓輸出 / 輸入）、VREF_IN（外部參考輸入）。
• 控制與輸出：CLKINP/CLKINM（差分時鐘輸入）、D1P/M~D8P/M（8 路 LVDS 數據輸出）、FCLKP/M（幀時鐘）、DCLKP/M（位時鐘）。
• 配置引腳：RESET（復位）、SCLK/SDATA/SEN（串行配置接口）、SYNC（TGC 同步）、PDN（全局掉電）。

四、工作模式與核心功能

1. 核心工作模式

• 采樣模式：8 路 ADC 每路交替采樣 2 路 VGA 信號，輸入時鐘頻率為單通道采樣率的 2 倍（32.5MSPS 對應 65MHz 時鐘），ADC latency 11 個時鐘周期。
• 增益模式：TGC 非均勻模式（自定義增益時序曲線）、TGC 均勻模式（固定斜率增益 ramp）、靜態 PGA 模式（固定增益），支持軟件 / 硬件 SYNC 觸發增益切換。
• 低功耗模式：全局掉電（總功耗 530mW）、通道待機（快速喚醒，1050μs）、通道獨立掉電，LVDS 輸出可單獨關閉。

2. 關鍵功能

• 時間增益控制（TGC）：內置 148 個增益時序寄存器，支持增益遞增 / 遞減，可設置起始 / 停止索引、保持時間與插值模式（0.125dB 步進），適配超聲回波信號衰減補償。
• 信號調理優化：抗混疊濾波器抑制高頻噪聲，輸入鉗位限制信號幅度（3dB 超 ADC 滿量程），數字高通濾波器可移除低頻偏移，通道平均功能提升 SNR。
• 靈活配置：支持串行接口（最高 20MHz 時鐘）編程增益、濾波器參數、輸出格式等；寄存器支持讀回驗證，提供多種 LVDS 測試模式（同步、掃頻、自定義圖案）。

五、應用場景與設計支持

1. 典型應用

• 成像系統：超聲診斷、PET 斷層掃描、醫療成像設備。
• 工業與測試：多通道數據采集卡（DAQ）、高速傳感陣列、工業自動化多通道監測。

2. 設計資源

• 電源與去耦：模擬與數字電源獨立布線，電源引腳就近放置 0.1μF 陶瓷電容；外露熱焊盤必須接地，優化散熱與電磁兼容性。
• 布局要點：輸入走線遠離數字信號線與時鐘線，LVDS 輸出采用 100Ω 差分端接，所有 LVDS 走線長度匹配（偏差≤3.81mm）。
• 輸入驅動：輸入信號需偏置在 1.6V 共模電壓，AC 耦合推薦 10nF 電容（適配 > 1MHz 信號）；時鐘支持差分（LVPECL/LVDS）或單端（LVCMOS）輸入，需控制時鐘抖動。
• 參考設計：默認使用內部參考，外部參考模式需通過 VREF_IN 引腳輸入 1.35V~1.45V，多片同步時推薦外部參考以優化增益匹配。

六、可靠性與訂單信息

• 可靠性保障：絕對最大額定值：AVDD3 3.8V，引腳電壓 -0.3V~AVDD3+0.3V，結溫 125°C，符合工業級可靠性標準。
• 可訂購型號：AFE5851IRGCR（卷盤裝 2000 片）、AFE5851IRGCT（小卷盤裝 250 片），引腳鍍層 NIPDAU，MSL 等級 3（260°C 回流焊，168 小時防潮）。