該AFE7953是一款高性能、寬帶寬的多通道收發(fā)器，集成了兩個(gè)射頻采樣發(fā)射器鏈和兩個(gè)射頻采樣接收器鏈。該器件的工作頻率高達(dá) 12GHz，可在 L、S、C 和 X 波段頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)直接射頻采樣，而無(wú)需額外的變頻級(jí)。這種密度和靈活性的提高使高通道數(shù)、多任務(wù)系統(tǒng)成為可能。

TX信號(hào)路徑支持插值和數(shù)字上變頻選項(xiàng)，每個(gè)TX通道可提供高達(dá)400 MHz的信號(hào)帶寬。DUC的輸出驅(qū)動(dòng)12GSPS DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器），并具有混合模式輸出選項(xiàng)，以增強(qiáng)二次奈奎斯特作。DAC輸出包括一個(gè)可變?cè)鲆娣糯笃?/u>（TX DSA），范圍為40dB，具有1dB模擬和0.125dB數(shù)字步長(zhǎng)。
*附件：afe7953.pdf

每個(gè)接收器鏈包括一個(gè) 25dB 范圍的 DSA（數(shù)字步進(jìn)衰減器），然后是一個(gè) 3GSPS ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）。每個(gè)接收器通道都有一個(gè)模擬峰值功率檢測(cè)器和各種數(shù)字功率檢測(cè)器，以輔助外部或內(nèi)部自主自動(dòng)增益控制器，以及用于器件可靠性保護(hù)的射頻過(guò)載檢測(cè)器。靈活的抽取選項(xiàng)可優(yōu)化每個(gè) RX 通道高達(dá) 400MHz 的信號(hào)帶寬。

特性

• 雙射頻采樣 12GSPS 發(fā)射 DAC
• 雙射頻采樣3GSPS接收ADC
• 最大射頻信號(hào)帶寬：400MHz
• 射頻頻率范圍：600MHz - 12GHz
• 數(shù)字步進(jìn)衰減器 （DSA）：
  • TX：40dB范圍，0.125dB步長(zhǎng)
  • 接收：25dB 范圍，0.5dB 步長(zhǎng)
• 單頻或雙頻 DUC 或 DDC
• 每個(gè) TX 或 RX 16 個(gè) NCO
• 可選內(nèi)部PLL或VCO，用于DAC或ADC時(shí)鐘，或DAC或ADC采樣率的外部時(shí)鐘
• SerDes 數(shù)據(jù)接口：
  • JESD204B和JESD204C兼容
  • 8 個(gè)高達(dá) 29.5Gbps 的 SerDes 收發(fā)器
  • 子類 1 多設(shè)備同步
• 封裝：17mm × 17mm FCBGA，0.8mm 間距

參數(shù)

方框圖

AFE7953 是德州儀器（Texas Instruments）推出的 高性能多通道射頻模擬前端（AFE） ，專為高帶寬、高頻率射頻信號(hào)處理設(shè)計(jì)，集成 8 路接收（RX）通道、8 路發(fā)射（TX）通道及靈活的時(shí)鐘與鎖相環(huán)（PLL）模塊，支持 600MHz-9.6GHz 超寬射頻頻率范圍，滿足 5G 基站、雷達(dá)系統(tǒng)、衛(wèi)星通信等對(duì)高動(dòng)態(tài)范圍、低噪聲與高集成度的嚴(yán)苛需求。以下從核心特性、性能參數(shù)、功能架構(gòu)、應(yīng)用設(shè)計(jì)及訂購(gòu)信息等方面展開總結(jié)。

一、核心特性與產(chǎn)品定位

1. 基礎(chǔ)參數(shù)與架構(gòu)

• 通道與分辨率 ：
  • 通道配置：8 路接收通道（RX）+ 8 路發(fā)射通道（TX），支持多輸入多輸出（MIMO）架構(gòu)，適配大規(guī)模天線系統(tǒng)（如 5G Massive MIMO 基站）。
  • 分辨率：發(fā)射端 14 位 DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器），接收端 16 位 ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器），兼顧高分辨率與高采樣率，平衡信號(hào)精度與處理速度。
• 頻率與帶寬 ：
  • 射頻頻率范圍：600MHz-9.6GHz，覆蓋 Sub-6GHz（5G 主流頻段）、毫米波（部分頻段）及衛(wèi)星通信頻段，支持多標(biāo)準(zhǔn)射頻信號(hào)處理。
  • 采樣率：DAC 最高 12GSPS（吉采樣 / 秒），ADC 最高 2.94912GSPS，支持超寬信號(hào)帶寬（如 100MHz 5G NR 信號(hào)）。
• 供電與功耗 ：
  • 供電電壓：多組供電域，涵蓋 0.9V（數(shù)字核心）、1.2V（模擬電路）、1.8V（射頻與 GPIO），適配不同模塊功耗需求。
  • 功耗：正常工作模式（2T2R FDD）典型功耗 3374mW，休眠模式低至 649mW，兼顧高性能與低功耗需求。
• 封裝與可靠性 ：
  • 封裝：17mm×17mm 400 引腳 FC-BGA（球柵陣列），帶散熱焊盤，結(jié)到板熱阻 4.85°C/W，優(yōu)化高溫環(huán)境散熱。
  • 工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：工作溫度 - 40°C 至 + 85°C（環(huán)境溫度）、結(jié)溫最高 125°C，ESD 防護(hù)（人體放電模型 HBM±2000V、帶電設(shè)備模型 CDM±500V），滿足工業(yè)與通信系統(tǒng)可靠性要求。

2. 核心增強(qiáng)功能

• 超寬頻率覆蓋與靈活模式 ：
  • 頻率適配：支持 600MHz-9.6GHz 射頻頻率，通過(guò) “交織模式（Interleave）”“混合模式（Mixed Mode）” 適配不同奈奎斯特頻段，例如 12GSPS DAC 在 1st Nyquist 支持 0-6GHz，2nd Nyquist 支持 6-12GHz，覆蓋毫米波低段頻段。
  • 時(shí)鐘模式：6GHz 以下支持 PLL 時(shí)鐘模式（參考時(shí)鐘 491.52MHz），6GHz 以上支持外部時(shí)鐘模式（11.79648GHz），確保全頻段時(shí)鐘穩(wěn)定性。
• 高動(dòng)態(tài)范圍與低噪聲 ：
  • 發(fā)射端（TX）：14 位 DAC 輸出功率最高 4.6dBm（850MHz），三階互調(diào)失真（IMD3）低至 - 88dBc（850MHz，-13dBFS 輸入），雜散抑制比（SFDR）最高 79.4dBc，減少信號(hào)失真，保障射頻信號(hào)純度。
  • 接收端（RX）：16 位 ADC 噪聲譜密度（NSD）低至 - 156dBFS/Hz（800MHz，DSA=4dB），噪聲系數(shù)（NF）最小 19dB（830MHz），高動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）最高 100dBFS，精準(zhǔn)捕獲微弱射頻信號(hào)。
• 靈活的增益與衰減控制 ：
  • 數(shù)字步進(jìn)衰減器（DSA）：發(fā)射與接收通道均集成 40dB 范圍 DSA，步進(jìn) 1dB，衰減精度（DNL）±0.1dB（校準(zhǔn)后），支持實(shí)時(shí)調(diào)整信號(hào)增益，適配不同鏈路損耗場(chǎng)景（如基站天線距離變化）。
  • 增益平坦度：600MHz 帶寬內(nèi)增益平坦度 ±1.2dB，確保寬頻段內(nèi)信號(hào)幅度一致性。
• 時(shí)鐘與 PLL 模塊 ：
  • 集成 PLL/VCO：支持 9.7-12.08GHz VCO（壓控振蕩器），閉環(huán)相位噪聲低至 - 146dBc/Hz（100MHz 偏移，9.6GHz 輸出），確保時(shí)鐘信號(hào)低抖動(dòng)，減少相位噪聲對(duì)射頻信號(hào)的影響。
  • 時(shí)鐘輸入：支持外部參考時(shí)鐘（REFCLK）與系統(tǒng)同步信號(hào)（SYSREF），SYSREF 頻率最高 40MHz，支持多芯片同步，適配大規(guī)模多通道系統(tǒng)。

3. 典型應(yīng)用場(chǎng)景

• 5G 基站 ：作為 Massive MIMO 基站的射頻前端，處理多通道 5G NR 信號(hào)（如 20MHz LTE、100MHz NR），支持 Sub-6GHz 與毫米波頻段，滿足高帶寬、低延遲的通信需求。
• 雷達(dá)系統(tǒng) ：適配車載雷達(dá)、航空航天雷達(dá)，處理 600MHz-9.6GHz 雷達(dá)信號(hào)，高動(dòng)態(tài)范圍特性確保目標(biāo)檢測(cè)精度，多通道支持波束成形。
• 衛(wèi)星通信 ：支持衛(wèi)星通信 L/S/C/Ku 頻段信號(hào)處理，低噪聲與高雜散抑制比保障衛(wèi)星微弱信號(hào)的精準(zhǔn)接收與發(fā)射。

二、關(guān)鍵性能參數(shù)

1. 核心電氣性能（典型值，TA ? =25**°**C， nominal 供電）

三、核心功能架構(gòu)

1. 發(fā)射（TX）模塊

（1）DAC 與信號(hào)調(diào)理

• DAC 核心特性 ：
  • 14 位分辨率，支持 1.5×-4× 增益配置，輸出電壓范圍 0-4.84V（1.21V 內(nèi)部參考 ×4× 增益），適配不同射頻功率放大器（PA）驅(qū)動(dòng)需求。
  • 交織模式與混合模式：1st Nyquist（交織模式）支持 600MHz-6GHz，2nd Nyquist（混合模式）支持 6-12GHz，通過(guò)多 DAC 交織提升有效采樣率，擴(kuò)展頻率覆蓋。
• 數(shù)字上變頻（DUC） ：
  • 集成數(shù)字上變頻器，支持基帶信號(hào)到射頻頻段的直接變頻，減少外部混頻器需求，降低系統(tǒng)復(fù)雜度。
  • 支持插值濾波（最高 24× 插值），將基帶低采樣率信號(hào)提升至射頻高采樣率，適配寬頻段信號(hào)輸出。
• DSA 與功率控制 ：
  • 40dB 范圍數(shù)字步進(jìn)衰減器，1dB 步進(jìn)，校準(zhǔn)后衰減精度 ±0.1dB，實(shí)時(shí)調(diào)整發(fā)射功率，適配不同鏈路損耗（如基站與終端距離變化）。
  • 輸出功率平坦度：600MHz 帶寬內(nèi) ±1.2dB，確保全帶寬內(nèi)信號(hào)功率穩(wěn)定，避免頻段間功率波動(dòng)。

（2）射頻輸出與線性度

• 輸出阻抗匹配 ：默認(rèn) 50Ω 輸出阻抗，支持外部匹配網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，適配不同射頻負(fù)載（如功率放大器輸入阻抗）。
• 線性度優(yōu)化 ：通過(guò)內(nèi)置預(yù)失真電路（PD）減少三階互調(diào)失真（IMD3），在 - 13dBFS 輸入時(shí) IMD3 低至 - 88dBc（850MHz），滿足 5G NR 對(duì)信號(hào)線性度的嚴(yán)苛要求。

2. 接收（RX）模塊

（1）ADC 與信號(hào)采集

• ADC 核心特性 ：
  • 16 位分辨率，最高 2.94912GSPS 采樣率，支持 4 次平均模式，數(shù)據(jù)率 1406-2008SPS，平衡采樣率與噪聲性能。
  • 參考選擇：支持內(nèi)部 1.21V 參考（溫度漂移 60ppm/°C）、外部 1.7V-VDD 參考或電源（VDD）參考，適配不同精度需求。
• 數(shù)字下變頻（DDC） ：
  • 集成數(shù)字下變頻器，支持 6×-24× 抽取濾波，將射頻高采樣率信號(hào)降至基帶低采樣率，減少后端數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）負(fù)載。
  • 支持多頻段信號(hào)同時(shí)采集，適配多標(biāo)準(zhǔn)射頻系統(tǒng)（如同時(shí)處理 LTE 與 5G NR 信號(hào)）。
• 低噪聲放大與衰減 ：
  • 前置低噪聲放大器（LNA）：噪聲系數(shù)（NF）最小 19dB（830MHz），減少信號(hào)采集噪聲，提升微弱信號(hào)檢測(cè)能力。
  • DSA 衰減控制：25dB 范圍 DSA，0.5dB 步進(jìn)，適配不同輸入信號(hào)強(qiáng)度，避免強(qiáng)信號(hào)飽和（如近距離射頻信號(hào)）。

（2）線性化與動(dòng)態(tài)范圍

• 非線性校正 ：通過(guò) 3 組（x,y）坐標(biāo)配置對(duì) NTC 熱敏電阻非線性曲線分段線性化，同時(shí)支持 ADC 輸入信號(hào)線性化處理，提升寬溫度范圍與寬信號(hào)幅度下的采集精度。
• 高動(dòng)態(tài)范圍 ：SFDR 最高 100dBFS（800MHz，-3dBFS 輸入），有效抑制雜散信號(hào)干擾，適配強(qiáng)干擾環(huán)境（如多用戶同時(shí)通信的 5G 基站）。

3. 時(shí)鐘與 PLL 模塊

（1）PLL/VCO 時(shí)鐘生成

• VCO 頻率范圍 ：集成多組 VCO，覆蓋 9.7-12.08GHz，支持分頻系數(shù) 2/3/4/6，適配不同射頻頻段時(shí)鐘需求（如 6GHz 以下分頻至 1GHz 時(shí)鐘，6GHz 以上直接使用高頻時(shí)鐘）。
• 相位噪聲優(yōu)化 ：閉環(huán)相位噪聲低至 - 146dBc/Hz（9.6GHz，100MHz 偏移），通過(guò)環(huán)路濾波器優(yōu)化，減少時(shí)鐘噪聲對(duì)射頻信號(hào)的影響（如避免相位噪聲導(dǎo)致的通信誤碼率上升）。

（2）時(shí)鐘同步與分發(fā)

• SYSREF 同步 ：支持最高 40MHz SYSREF 信號(hào)，實(shí)現(xiàn)多片 AFE7953 時(shí)鐘同步，適配大規(guī)模多通道系統(tǒng)（如 5G Massive MIMO 基站的多 AFE 級(jí)聯(lián)）。
• 時(shí)鐘輸入輸出 ：支持外部參考時(shí)鐘（REFCLK）輸入（491.52MHz 典型），并可通過(guò) CLKOUT 引腳分發(fā)時(shí)鐘至其他芯片，簡(jiǎn)化系統(tǒng)時(shí)鐘架構(gòu)。

4. 數(shù)字接口與控制

• JESD204B/C 接口 ：
  • 支持 JESD204B/C 高速串行接口，最高 24.33Gbps 速率，實(shí)現(xiàn) ADC/DAC 與后端 FPGA/DSP 的高速數(shù)據(jù)傳輸，減少并行數(shù)據(jù)線數(shù)量，降低 PCB 復(fù)雜度。
  • 支持 8b/10b 編碼與擾碼，提升數(shù)據(jù)傳輸可靠性，適配長(zhǎng)距離高速信號(hào)傳輸（如基站中 AFE 與 FPGA 的板間連接）。
• SPI 配置接口 ：
  • 支持 SPI 接口配置寄存器，實(shí)現(xiàn) DAC/ADC 增益、DSA 衰減、PLL 頻率等參數(shù)的靈活配置，適配系統(tǒng)調(diào)試與動(dòng)態(tài)參數(shù)調(diào)整。

四、應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 電源與布局設(shè)計(jì)

• 供電配置 ：
  • 去耦電容：各供電引腳（如 DVDD0P9、VDD1P2RX、VDD1P8TX）需外接 0.1μF 陶瓷電容（靠近引腳）與 1.5μF 鉭電容，降低電源噪聲耦合；不同供電域需獨(dú)立布線，避免串?dāng)_。
  • 電源時(shí)序：外部參考電壓（如 VREF）需滯后 VDD 上電，避免反向電壓損壞器件；建議使用電源管理芯片（PMIC）實(shí)現(xiàn)多組供電的時(shí)序控制。
• 布局規(guī)范 ：
  • 分區(qū)布局：射頻部分（RX/TX 引腳）、模擬部分（ADC/DAC）、數(shù)字部分（JESD204C/SPI）需分區(qū)布局，減少數(shù)字噪聲對(duì)射頻 / 模擬信號(hào)的干擾；射頻引腳需短路徑、低寄生電感設(shè)計(jì)，避免信號(hào)衰減。
  • 接地設(shè)計(jì)：模擬地（AGND）與數(shù)字地單點(diǎn)連接，F(xiàn)C-BGA 散熱焊盤需焊接至 PCB 地平面（建議≥20mm×20mm 銅皮），優(yōu)化散熱（結(jié)到板熱阻 4.85°C/W）；射頻通道需單獨(dú)接地，減少地彈噪聲。
  • 阻抗匹配：射頻輸入輸出引腳需匹配 50Ω 阻抗，通過(guò)微帶線阻抗計(jì)算（如 PCB 介電常數(shù) 4.4，線寬 1.2mm 對(duì)應(yīng) 50Ω）確保阻抗連續(xù)，避免信號(hào)反射。

2. 典型應(yīng)用：5G NR 基站 2T2R FDD 系統(tǒng)

以 AFE7953 實(shí)現(xiàn) 5G NR 基站 2T2R（2 發(fā) 2 收）頻分雙工（FDD）系統(tǒng)為例，設(shè)計(jì)步驟如下：

1. 硬件連接 ：

• 發(fā)射鏈路：2 路 TX 通道（1TX、3TX）輸出連接功率放大器（PA），PA 輸出接基站天線；TX 通道 FB0 引腳與 OUT0 短接形成閉環(huán)，避免開環(huán)飽和。
• 接收鏈路：2 路 RX 通道（1RX、3RX）輸入連接低噪聲放大器（LNA），LNA 輸入接基站天線；AIN0 引腳通過(guò)衰減器（R1=100kΩ、R2=3.6kΩ）采集射頻信號(hào)，適配 ADC 輸入范圍（0-VDD/3）。
• 時(shí)鐘與同步：REFCLK 引腳輸入 491.52MHz 參考時(shí)鐘，SYSREF 引腳輸入 10MHz 同步信號(hào)，實(shí)現(xiàn)多片 AFE 同步；JESD204C 接口連接 FPGA，傳輸 ADC/DAC 數(shù)據(jù)。

2. 參數(shù)配置 ：

• 發(fā)射參數(shù)：DAC 采樣率 12GSPS，通過(guò) DUC 實(shí)現(xiàn) 24× 插值，將 491.52MSPS 基帶信號(hào)上變頻至 3.5GHz（5G NR 頻段）；DSA 衰減設(shè)置 10dB，輸出功率控制為 2dBm，適配 PA 輸入需求。
• 接收參數(shù)：ADC 采樣率 2.94912GSPS，通過(guò) DDC 實(shí)現(xiàn) 6× 抽取，將射頻信號(hào)下變頻至 491.52MSPS 基帶信號(hào)；DSA 衰減設(shè)置 4dB，噪聲系數(shù)優(yōu)化至 20dB，提升微弱信號(hào)接收能力。
• PLL 配置：VCO 頻率設(shè)置為 11.79648GHz，分頻系數(shù) 4，生成 2.94912GHz ADC 時(shí)鐘；閉環(huán)相位噪聲優(yōu)化至 - 140dBc/Hz（1MHz 偏移），確保時(shí)鐘穩(wěn)定性。

3. 性能驗(yàn)證 ：

• 發(fā)射端：3.5GHz 100MHz 5G NR 信號(hào)，IMD3≤-65dBc，ACPR（鄰道功率比）≤-50dBc，滿足 3GPP 規(guī)范；
• 接收端：3.5GHz -90dBm 輸入信號(hào)，SNR≥60dB，SFDR≥80dBc，確保信號(hào)精準(zhǔn)采集。