简介
在医疗超声成像、无损检测(NDT)以及声纳应用中,模拟前端(AFE)的性能直接决定了成像的质量。Texas Instruments (TI) 的 AFE5816 是一款高度集成的 16 通道模拟前端解决方案,专为需要高性能、低功耗和小尺寸的便携式及高端超声波系统设计。
国产类似产品为海思的 AC9810-32,该产品与 TI 的 AFE5832 功能相似,为 32 通道 AFE,海思后续还有 64 通道的产品推出。
1. 核心特性概览 (Key Features)
AFE5816 是一个多芯片模块(MCM),集成了两个晶圆:VCA(压控放大器)和 ADC_CONV(模数转换)。其主要特性如下:
- 高集成度:单芯片集成 16 个通道,每个通道包含衰减器、LNA、LPF、ADC 和 CW 混频器。
- 低功耗设计:
- TGC 模式(时间增益补偿):90mW/通道(65 MSPS)。
- CW 模式(连续波多普勒):59mW/通道。
- 超低噪声:
- 输入电压噪声:1 nV/√Hz。
- 输入电流噪声:1.2 pA/√Hz。
- 灵活的 ADC 配置:
- 14-bit @ 65 MSPS (SNR: 75 dBFS)。
- 12-bit @ 80 MSPS (SNR: 72 dBFS)。
- 数字时间增益补偿 (DTGC):内置数字引擎,无需外部控制电压即可实现增益调节。
- CW 多普勒路径:基于无源混频器,具有极低的近端相位噪声 (-148dBc/Hz @ 1kHz)。
- 封装:小型 15mm × 15mm NFBGA-289 封装。
2. 内部架构详解 (Functional Block Diagram)
AFE5816 的每个通道主要支持两种工作模式:TGC 模式(成像) 和 CW 模式(多普勒)。

2.1 TGC 信号链(成像模式)
这是 B 超成像的主要路径,信号流向如下:
- 输入衰减器 (Attenuator):具有 DTGC 功能,衰减范围 0dB 至 8dB,步长 0.125dB。它起到随时间变化的无源终端作用,处理高幅度的近场信号。
- 低噪声放大器 (LNA):提供 14dB 至 45dB 的增益,支持 DTGC 控制。
- 低通滤波器 (LPF):三阶线性相位滤波器,截止频率可配置为 10、15、20 或 25 MHz,用于抗混叠。
- ADC:将模拟信号转换为数字信号,通过 LVDS 接口输出到 FPGA。
2.2 CW 信号链(连续波多普勒模式)
用于测量血流速度等多普勒应用,信号流向如下:
- LNA:在 CW 模式下,LNA 自动配置为 18dB 固定增益。
- 无源混频器 (Passive Mixer):包含 16x16 交叉点开关,支持 16 种可选相位延迟(λ/16 分辨率)。
- 波束赋形求和:所有通道的电流输出在片上进行求和,输出 I/Q 差分电流信号。









