該AFE20408是一種高度集成的功率放大器（PA）監(jiān)控和控制設(shè)備，能夠進行溫度、電流和電壓監(jiān)控。

AFE20408偏置控制器基于八個具有可編程輸出范圍的數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）。八個柵極偏置輸出通過專用控制引腳打開和關(guān)閉。柵極偏置開關(guān)專為快速響應(yīng)而設(shè)計，可實現(xiàn)正確的功率排序和耗盡型晶體管（如 GaAs 和 GaN）的保護。

AFE20408監(jiān)控器基于精確的多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC）。該器件集成了兩個高壓輸入、兩個高側(cè)電流檢測放大器和一個精確的片上溫度傳感器。
*附件：afe20408.pdf

功能集成和寬工作溫度范圍使該AFE20408成為功率放大器一體化偏置控制電路的絕佳選擇。靈活的 DAC 輸出范圍和內(nèi)置排序功能使該器件可用作各種晶體管技術(shù)（例如 LDMOS、GaAs 和 GaN）的偏置控制器。

特性

• 八個模擬輸出
  • 8個單調(diào)DAC：1.22mV分辨率
  • 自動配置的輸出范圍：
    • 正輸出電壓：0V 至 10V
    • 負輸出電壓：–10V 至 0V
  • 大電流驅(qū)動能力
  • 高容性負載容差
• 輸出開和關(guān)控制開關(guān)
  • 快速切換時間
  • 低電阻
• 多通道ADC監(jiān)視器
  • 兩個高壓外部輸入：0V 至 85V
  • 兩個高側(cè)電流檢測放大器：高達 85V 共模范圍
  • 本地溫度傳感器：±2.5°C誤差
• 啟動和關(guān)閉事件的輸出順序控制
• 內(nèi)部 2.5V 基準電壓源
• SPI 和 I2C 接口：1.65V 至 3.6V 工作電壓
  • SPI：4線接口
  • I2C：16 個目標(biāo)地址
• 指定溫度范圍：–40°C 至 +125°C
• 工作溫度范圍 –55°C 至 +150°C

參數(shù)

方框圖

AFE20408 是德州儀器（TI）推出的 高集成度功率放大器（PA）監(jiān)控與控制芯片 ，核心優(yōu)勢為集成 8 通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）、多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、輸出開關(guān)、溫度傳感器及靈活的串行接口，支持正負電壓輸出與高電壓監(jiān)測，適配雷達、電子戰(zhàn)、軟件定義無線電（SDR）等對 PA 偏置控制、狀態(tài)監(jiān)控有嚴苛要求的場景，工作溫度覆蓋 -40°C~+125°C（結(jié)溫最高 150°C），兼具高性能與環(huán)境適應(yīng)性。

一、核心特性與應(yīng)用場景

1. 核心特性

• 8 通道 DAC 偏置控制 ：
  • 分辨率：13 位（無失碼），精度 1.22mV/LSB，支持正負輸出范圍（正輸出 0V10V，負輸出 -10V0V），適配 GaN、LDMOS 等不同類型 PA 的柵極偏置需求；
  • 輸出能力：高電流驅(qū)動（最大 120mA）、高容性負載耐受（0~15μF），支持 4 種電流模式（啟動模式 15mA、低電流 30mA、正常 90mA、高電流 120mA），輸出阻抗典型值 3Ω，確保信號無衰減傳輸；
  • 同步與廣播功能：支持多 DAC 同步更新（通過 LDAC 觸發(fā)）、廣播模式（單指令更新多通道 DAC 數(shù)據(jù)），簡化多通道協(xié)同控制。
• 多維度 ADC 監(jiān)控 ：
  • 監(jiān)測范圍：2 路高電壓輸入（0V85V，如 PA 電源電壓）、2 路高邊電流檢測（共模電壓 -0.3V85V，支持 ±40.96mV/±163.84mV 分流電壓范圍）、1 路片內(nèi)溫度傳感器（精度 ±2.5°C，分辨率 7.8125m°C）；
  • 性能指標(biāo)：16 位 ΔΣ ADC 架構(gòu)，轉(zhuǎn)換時間 52μs4.122ms 可編程，支持 11024 次采樣平均，共模抑制比（CMRR）達 120dB，抗干擾能力強。
• 高速輸出開關(guān)與序列控制 ：
  • 開關(guān)特性：集成輸出開關(guān)，切換時間典型值 400ns，低導(dǎo)通電阻（DAC 到輸出 35Ω，VSS 到輸出 47Ω），支持異步控制（DRVEN0/DRVEN1 引腳）或軟件控制，適配 PA 啟動 / 關(guān)斷的時序要求；
  • 序列保護：支持啟動 / 關(guān)斷序列控制，可配置輸出鉗位電壓（如關(guān)斷時鉗位到 VSS 或特定 DAC 電壓），防止 PA 損壞（如 GaN 管的柵極過壓保護）。
• 靈活接口與報警機制 ：
  • 串行接口：兼容 SPI（最高 25MHz）與 I2C（最高 400kHz，16 種可選地址），VIO 供電 1.65V~3.6V，適配不同處理器電平；
  • 報警功能：支持溫度、電源、ADC 超限報警，可配置報警觸發(fā)次數(shù)（1/4/8/16/32/64/128/256 次連續(xù)超限）與滯回閾值，報警時自動觸發(fā) DAC 掉電或 PA 關(guān)斷，提升系統(tǒng)可靠性。
• 高集成與低功耗 ：
  • 集成模塊：2.5V 內(nèi)部基準、振蕩器、電源監(jiān)控（VDD/VCC/VSS 電壓檢測），無需外部額外器件；
  • 功耗：VDD 電流典型值 5mA（正輸出）/6mA（負輸出），VIO 電流典型值 5μA，適配低功耗系統(tǒng)設(shè)計。

2. 典型應(yīng)用場景

二、封裝與引腳功能

1. 封裝參數(shù)

AFE20408 僅提供 32 引腳 VQFN（RHB 封裝） ，具體參數(shù)如下：

• 關(guān)鍵設(shè)計：底部熱焊盤需通過多個過孔連接至 PCB 接地平面，確保散熱性能（熱阻 RθJA 34.7°C/W，適配高功率場景）。

2. 關(guān)鍵引腳分類與功能

三、電氣規(guī)格與性能指標(biāo)

1. 電源與功耗（典型值，TA=25°C，VDD=5V，VIO=3.3V）

2. DAC 關(guān)鍵性能（TA=25°C，F(xiàn)SR=±2.048V）

3. ADC 關(guān)鍵性能（TA=25°C，VDD=5V）

四、核心功能與工作模式

1. DAC 輸出配置與控制

（1）輸出范圍配置

AFE20408 的 DAC 分為 A、B 兩組（各 4 通道），支持三種輸出模式，通過 VCCA/VCCB、VSSA/VSSB 供電配置實現(xiàn)：

• 全正輸出模式 ：VSSA/VSSB 接地，VCCA/VCCB 接 311V，DAC 輸出 0V10V（受 VCC 限制，如 VCC=5V 時最大輸出 5V）；
• 全負輸出模式 ：VCCA/VCCB 接地，VSSA/VSSB 接 -11-3V，DAC 輸出 -10V0V（受 VSS 限制，如 VSS=-5V 時最小輸出 -5V）；
• 混合輸出模式 ：A 組負輸出（VCCA 接地，VSSA 接負電源），B 組正輸出（VCCB 接正電源，VSSB 接地），適配同時需要正負偏置的 PA 陣列。

（2）開關(guān)與序列控制

• 輸出開關(guān) ：OUTA0/OUTA2/OUTB0/OUTB2 引腳通過 DRVEN0/DRVEN1 或軟件控制，可切換至 DAC 輸出（工作）或 VSS/DAC 鉗位電壓（關(guān)斷），切換時間 400ns，適配 PA 快速使能 / 關(guān)斷；
• 啟動 / 關(guān)斷序列 ：支持配置 PA 啟動時 “先柵極偏置后漏極電源”、關(guān)斷時 “先漏極電源后柵極偏置”，通過 PAON 引腳同步控制外部 PMOS 開關(guān)，防止 PA 柵極擊穿。

2. ADC 監(jiān)控與報警

（1）多通道監(jiān)測

• 高電壓監(jiān)測 ：ADCHV0/ADCHV1 監(jiān)測 PA 電源電壓（如 28V/48V），分辨率 3.125mV/LSB，適配高壓系統(tǒng)監(jiān)控；
• 電流檢測 ：SENSE0±/SENSE1± 串聯(lián)分流電阻（如 0.01Ω），監(jiān)測 PA 工作電流（如 016A，對應(yīng)分流電壓 0160mV），支持雙向電流（正 / 負電流）；
• 溫度監(jiān)測 ：片內(nèi)溫度傳感器監(jiān)測芯片結(jié)溫，可用于 PA 偏置的溫度補償（如 GaN PA 柵極電壓隨溫度動態(tài)調(diào)整）。

（2）報警機制

• 超限報警 ：可配置 ADC 高 / 低閾值（如 ADCHV 過壓閾值 50V、SENSE 過流閾值 100mV），連續(xù) N 次超限后觸發(fā)報警（N=1/4/8/16/32/64/128/256 可編程）；
• 報警響應(yīng) ：報警時可觸發(fā) ALARMOUT 引腳輸出、DAC 自動掉電（APD 功能）、PAON 關(guān)斷，確保系統(tǒng)安全（如過溫時關(guān)閉 PA 避免損壞）。

3. 串行接口與寄存器控制

（1）接口選擇

• I2C 模式 ：支持快速模式（400kHz），16 種可選地址（A0/A1 引腳接 GND/VIO/SDA/SCL 組合），兼容 1.8V/3.3V 總線電壓；
• SPI 模式 ：支持最高 25MHz 時鐘，SDO 輸出延遲可編程（FSDO 位控制），適合高速數(shù)據(jù)傳輸（如多通道 ADC 數(shù)據(jù)讀取）。

（2）寄存器架構(gòu)

采用分頁式寄存器設(shè)計，按功能分為全局寄存器（復(fù)位、電源使能）、ADC 配置寄存器（轉(zhuǎn)換速率、閾值）、DAC 配置寄存器（電流模式、鉗位選擇）等，關(guān)鍵寄存器如下：

五、應(yīng)用設(shè)計建議

1. 硬件設(shè)計關(guān)鍵要點

（1）電源與去耦

• 電源配置 ：
  • 模擬電源（VDD）：建議 5V 供電，需與數(shù)字電源（VIO）隔離（如使用 LDO 二次穩(wěn)壓），避免數(shù)字噪聲耦合；
  • DAC 電源（VCC/VSS）：正輸出時 VCC 并 1μF X7R 電容去耦，負輸出時 VSS 并 1μF 電容，均靠近引腳放置（距離 <2mm）；
• 去耦要求 ：VDD、VIO 引腳旁各并 0.1μF MLCC 電容，VCCA/VCCB、VSSA/VSSB 旁并 1μF 電容，降低電源噪聲。

（2）DAC/ADC 輸入輸出電路

• DAC 輸出 ：
  • 容性負載：OUT 引腳接 10nF~1μF 電容濾波（根據(jù)開關(guān)速度需求選擇，高速切換選小電容）；
  • 限流保護：DAC 輸出串 100Ω 電阻（防止輸出短路損壞芯片）；
• ADC 輸入 ：
  • 高電壓監(jiān)測（ADCHV）：串 100Ω 電阻 + 470pF 電容組成低通濾波（截止頻率～3.4kHz），抑制高頻噪聲；
  • 電流檢測（SENSE）：分流電阻選用高精度（0.1%）、低溫度系數(shù)（<50ppm/°C）型號，布線長度匹配（差異 <0.5mm），避免共模噪聲。

（3）熱設(shè)計

• 熱焊盤：底部熱焊盤需通過至少 4 個過孔（0.3mm 孔徑）連接至 PCB 接地平面，接地平面面積 ≥10mm×10mm，確保散熱；
• 布局：芯片遠離大功率器件（如 PA、電源模塊），避免熱耦合導(dǎo)致溫度測量誤差。

2. 軟件初始化流程

1. 電源復(fù)位 ：上電后等待 5ms，確保所有電源穩(wěn)定，執(zhí)行硬件 / 軟件復(fù)位（RESET 引腳拉低或?qū)懭?SW_RST 指令），使寄存器進入默認狀態(tài)；
2. ADC 配置 ：
   • 寫入 ADC_GEN_CFG 寄存器：設(shè)置轉(zhuǎn)換模式（自動 / 單次）、電流檢測范圍（如 SHUNT_RANGE=1 對應(yīng) ±40.96mV）；
   • 配置 ADC_CCS 寄存器：定義 ADC 通道序列（如先測溫度、再測電流、最后測電壓）；
   • 設(shè)置閾值：寫入 SENSE0_UP_THRESH、ADCHV0_UP_THRESH 等寄存器，配置超限報警閾值；
3. DAC 配置 ：
   • 寫入 DAC_CURRENT 寄存器：設(shè)置各 DAC 電流模式（如正常模式 90mA）；
   • 配置 DAC_APD_SRC 寄存器：使能報警觸發(fā) DAC 掉電（如過溫、過壓）；
   • 寫入 DAC 數(shù)據(jù)：通過 DAC 緩沖寄存器寫入初始偏置電壓（如 GaN PA 柵極 -3V）；
4. 使能與觸發(fā) ：
   • 寫入 PWR_EN 寄存器：使能 DAC 通道、PAON 引腳；
   • 觸發(fā) ADC 轉(zhuǎn)換：寫入 ADC_TRIG 位，啟動首次 ADC 監(jiān)測；
   • 同步 DAC 更新：若使用同步模式，寫入 DAC_TRIG 位，更新所有 DAC 輸出。