AFE0064点击型号即可查看芯片规格书
特征
•64通道
•28.32微秒最小扫描时间（包括所有64位的集成和数据传输频道）
•7.5 MHz最大数据传输速率
•噪声824e-RMS，带30pf传感器电容在1.2pc范围内
•积分非线性：FSR的±0.006%
•八个可调满标度范围（最小0.13 pC，最大9.5 pC）
•内置CDS（信号采样-偏移采样）
•可选集成上/下模式
•低功率：175兆瓦
•NAP模式：49.5兆瓦
•14 mm×14 mm 128针TQFP封装
应用
•数字射线照相
•CT扫描仪
•行李扫描仪
•红外光谱
说明
AFE0064是64通道模拟前端适合平板要求的设计基于探测器的数字X射线系统。
该设备包括64个积分器，一个完整的PGA刻度充电电平选择，相关双采样器，64作为2个多路复用器，和两个差分输出驱动器。
硬件可选的集成极性允许正电荷或负电荷的集成，并在系统设计中提供更大的灵活性。此外，该设备的特点是TFT（薄膜晶体管平板探测器）电荷注入补偿。此功能有助于最大化设备的可用信号充电范围。
nap功能可大幅节能。这对于长时间的节电特别有用X射线曝光时间。
AFE0064可用于128针TQFP包裹。
功能框图
说明和时序图
图1显示了积分器通道的典型示意图。如图所示，每个积分器都有一个复位（IRST）开关，将积分器输出复位到“复位电平”。当开关断开时，设备集成输入电流。每个积分器输出端有两个采样保持电路。SHR采样积分器复位电平输出和SHS采样积分器信号电荷后积分输出。设备从SHS样本中减去SHR样本。然后，在以差分格式输出的设备上可以使用该差分。此操作称为“相关双采样”（CDS）。CDS从器件输出中去除积分器偏移和低频噪声。
每个采样和保持都有一个内置的低通滤波器。此滤波器限制采样带宽，以便将采样噪声限制在可接受的水平。用时序图进一步描述各个块的详细功能。
如图2所示，设备在每次扫描期间执行两个功能：“集成”和“数据读取”（由“t扫描”指示）。信号IRST、SHR、SHS、INTG、CLK控制“集成功能”和STI、CLK控制“数据读取功能”。EOC是一个设备输出，EOC引脚上的低电平表示正在读取数据。
电荷积分
集成功能包括“重置”和“集成”两个阶段。
第一上升沿开始“重置”阶段，以SHR上升沿结束。图3显示了复位阶段的详细定时波形。
在此阶段，设备重置所有64个集成电容器。此重置电平电压取决于积分模式（由INTUPz引脚选择）。积分器输出重置为REFM，以“集成上升”模式，并重置为REFP，以“集成下降”模式。注意，积分器复位开关从第一上升沿到第32个时钟的末端（顺序模式）接通，直到第8个时钟（同时模式）接通。SHR和滤波器旁路开关（见图1）位于从第一上升沿到第64时钟下降沿的右侧。
在此期间，复位采样电容器跟踪积分器输出电压。在第64个CLK下降沿上，过滤器旁路开关打开。这会影响低通滤波器。滤波器的固定时间常数为1微秒（160 kHz BW）。该装置在SHR上升沿采样并保持（SHR开关打开）积分器复位输出。低通滤波器在采样过程中切断高频噪声。
在集成阶段开始之后。该设备集成了外部TFT开关打开时的像素充电。该设备集成了从重置电平开始的像素电荷（如前所述）。
在积分上升模式下，积分输出从REFM（复位电平）向上移动。如规格表所示，积分器有8个不同的量程。在任何范围内，器件都可以对输入电荷进行线性积分，直到积分输出达到REFP。
在积分下降模式下，积分输出从REFP（复位电平）向下移动。对于任何模拟输入范围，器件都可以对输入电荷进行线性积分，直到积分输出达到REFM。
很明显，积分器的线性输出范围是‘REFP-REFM’伏特。积分反馈电容的计算公式为：Q=CV。这里Q是范围“0到7”的指定电荷，V是积分器的线性输出范围（REFP-REFM）。详见表1。
建议在TFT开关打开的同时断言（拉高）INTG信号。请注意，TFT开关在设备外部，并且设备仍然集成在一起，而没有INTG信号。在TFT开关关闭后，INTG可保持高电平0.5微秒。这确保了SHS低通滤波器在整个集成过程中以及在集成后的0.5微秒内被旁路。这额外的0.5微秒确保TFT开关关闭期间的电荷注入得到解决，并且SHS采样电容器正在跟踪积分器输出。如图4所示，该装置打开仪表下降沿上的低压滤波器。与SHR采样一样，该滤波器具有1微秒的时间常数（160kHz BW），并且它在采样期间切断高频噪声。时序要求表中的时序“t6”规定，当滤波器BW较低时，SHS电容器上的电压稳定接近16位电平。
在自蔓延高温合成（SHS）的上升沿，器件在相关双采样（CDS）上采样并保持积分器输出电压。CDS输出电压与SHS和SHR样品的差成正比。该方案消除了积分器复位产生的偏移和噪声。积分阶段以SHS下降沿结束，与所有64个通道对应的数据准备在下一次“扫描”期间读取。
数据读取：
即使积分器输出（设备内部）是单端的，设备输出也是差分的。下面是积分器输出和AFE0064输出（输出和输出）之间的关系：
案例1：（积分器上升模式，INTUPz=0）
如前所述，该装置采样积分器输出两次，复位采样（SHR）和信号采样（SHS）。
VOUTM=参考值+（VSH–VSHR）
VOUTP=参考值–（VSHS–VSHR）
案例2：（积分器下降模式，INTUPz=1）
如前所述，该装置采样积分器输出两次，复位采样（SHR）和信号采样（SHS）。
VOUTM=REFP+（垂直高度-垂直高度）
VOUTP=参考–（VSHS–VSHR）
来自AFE0064的差分输出拒绝来自电路板的共模噪声，有助于最大限度地提高系统的噪声性能。下表提供了积分器反馈范围、反馈电容器以及在零和满标度输入电荷下的相应AFE0064输出的详细信息。
、
以下部分提供了数据读取的详细计时。有两个输出驱动程序。在输出驱动器1上提供63至32号通道的数据，在输出驱动器0上提供31至0号通道的数据。根据管脚的状态，两个驱动器的数据可以同时或按顺序提供SMT_MD。
STI上的高脉冲激活数据读取功能并将信道计数器重置为零。如图5所示，该装置在STI下降沿之后的CLK的第一上升沿从信道63输出模拟电压。在OUTP<1>和OUTM<1>终端上提供通道63至32数据。接下来，较低的输出通道在四个时钟后连接到输出。
OUTP<0>和OUTM<0>终端上的数据相对于OUTP<1>和OUTM<1>被两个时钟扭曲。在输出<0>和输出<0>终端上提供通道31到0的数据。
两个输出驱动器之间的偏差允许用户将双通道多路复用输入ADC连接到AFE输出。
如果ENTRI绑定到高电平，则在传输特定差分输出驱动器（0或1）上的所有数据后，设备输出将进入3状态。否则，两个差分输出驱动器在数据传输后都保持在输出共模电压。
最大数据传输速率：如图5所示，设备在时钟的每个交替上升沿上输出新的信道数据。实际上，数据传输速率是时钟速度的一半。最大数据传输速率为7.5兆赫，因为设备支持的最大时钟频率为15兆赫。
“模拟模式”引脚上的高电平选择同步模式。在这种模式下，设备同时在两个差分输出驱动器OUTP-OUTM<0>和OUTP-OUTM<1>上输出数据。这意味着装置在时钟的第一上升沿输出Ch31和Ch63，在第二上升沿输出Ch30和Ch62，依此类推。当使用两个单独的单通道ADC或一个同步采样ADC来数字化OUTP-OUTM<0>和OUTP-OUTM<1>时，此模式非常有用。与顺序模式不同，同步模式只需要33个时钟即可读取所有64个通道的数据。在这种情况下，每个输出驱动器的输出数据传输速率与时钟频率相同。该设备可以在3.75兆赫的最大时钟频率下工作。
在最短扫描时间运行设备：
如果数据读取与重置阶段重叠，则达到最小扫描时间（如图1所示）。如果第一上升沿和STI上升沿同时出现，则可以这样做。如果选择顺序模式，则建议在设备接收到STI下降沿后133个时钟后停止时钟（如果选择同时模式，则停止33个时钟）。在整个扫描过程中保持时钟自由运行是可能的，但它可能会降低噪声性能。当t扫描（min）=t1+t2+132（t-clk）+t3+t4+t5+0.5微秒+t6+t7且使用的所有定时值为最小指定值时，则t扫描（min）=28.32微秒。
在较高的扫描时间运行设备（对于较低的帧速率）：
在不影响性能的情况下，可以在较高的扫描时间下运行设备以获得较小的帧速率。（请注意，违反指定时间的最大限制和时钟频率的最小规范会导致集成或CDS电容器上的电荷泄漏。这会导致额外的偏移和增益错误。）
如图7所示，可以通过在SHS之后和IRST之前发出一个STI脉冲来启动数据读取。在这种情况下，数据读取完成后，设备进入“等待”状态。在接收到IRST和STI上升沿之前，设备保持在等待状态。注意，时钟可以在等待状态下停止（或保持运行），但是有必要在IRST下降沿之后提供额外的133或33个时钟，这分别取决于顺序或同时模式选择。根据模式选择，建议在设备接收到133或33个时钟后停止时钟，直到下一个STI脉冲。这有助于从设备获得最大的信噪比。不过，允许使用免费运行的时钟。
级联两个AFE0064设备以扫描128个通道：
可以级联两个AFE0064设备来扫描128个通道。此功能对于顺序模式非常有用，并允许为两个AFE使用4通道多路输入ADC。
在这种情况下，设备1的STO连接到设备2的STI。两个设备的其他控制引脚（INTG、IRTS、SHR、SHS、CLK）相互连接。
如图8所示，STO下降沿从STI下降沿延迟一个时钟。（STO下降沿与第一时钟下降沿对齐。）设备2数据输出从第二时钟上升沿开始（设备2的STI下降沿之后的第一CLK上升沿）。实际上，来自两个设备的四个输出驱动器的数据按以下顺序显示在每个上升沿上：
时钟1,5,9…：设备1的输出1
时钟2,6,10…：设备2的输出1
时钟3,7,11…：设备1的输出0
时钟4、8、12…：设备2的输出0
在设备输出端连接多路输入ADC时，请注意此输出序列。
此模式允许使用单通道、四通道、15 MHz（或更多）ADC在单次扫描中对128个通道的数据进行数字化。在此模式下，有效的最大数据传输速率为15兆赫。
TFT电荷注入补偿：AFE0064允许补偿TFT在打开和关闭期间注入的电荷。在开启过程中，TFT通常注入正电荷，迫使积分器输出低于零。处理这个问题的一种方法是允许积分器负摆幅。在这种情况下，像素电荷从TFT电荷注入产生的–ve值积分。对于该方案，设备输出动态范围涵盖从最大预期电荷注入产生的固定电压到积分器的最大正电压的所有电压水平。在TFT电荷注入小于最大预期电荷注入的情况下，这可能导致动态范围的损失。
为了解决这个问题，AFE0064提供了一个特殊的功能，可以补偿TFT开启时的正电荷或负电荷，以及TFT关闭时的反极性电荷。用户可以借助VTEST-A和VTEST-B引脚上的外部电压调整补偿电荷。
如图9所示，TFT在通电时注入电荷，在关断时注入相反极性的电荷。（在本例中，TFT开启时的注入电荷为正）这驱动积分器输出–ve。根据注入电荷的大小，积分器可能饱和或在线性范围内。设备从这个–ve输出电压开始集成。在积分结束时，该装置看到极性相反的电荷注入，其大小大致相同。这种极性相反的电荷可能使初始注入电荷无效，这取决于积分器是否仍在线性范围内，或者积分器输出饱和导致电荷泄漏。可以调整引脚56、57处的电压，使补偿电荷等于极性相反的TFT注入电荷。这使得TFT注入的电荷在打开和关闭期间都为零，以始终使积分器保持在线性区域。因此，对于TFT开启期间的正电荷注入，注入一个-ve补偿电荷。为此，需要将针脚56、57处的电压设置为低于“EXT_C”处的电压。该装置将电荷注入测向信号的下降沿。补偿费用公式如下：
TFT开启补偿费=（插脚56、57处的电压–外部电压）×0.857 pC
TFT关断补偿费=–（引脚56、57处的电压–外部电压）×0.857 pC
选择针脚56、57处的电压高于'EXT_C'处的电压，以便在TFT开启期间补偿-ve电荷。该装置总是在DF_-SM信号的上升沿注入一个相等且相反的补偿电荷。
允许有限空穴计数（+ve电荷）用于电子计数（–ve电荷）的应用，反之亦然：
电荷补偿方案可用于抵消积分开始时的积分器输出，从而允许两个方向上的线性电荷范围。如前所述（参见图9），可以在集成开始时注入固定的+ve或-ve电荷。设备可以从这个偏移级别开始向上或向下集成。注：积分器输出在REFM和REFP的范围内是线性的。我们可以计算积分开始时的偏移电荷，Qcomp=（引脚56,57处的V–V“EXT_C”）×0.857 pC。
积分上升或下降时产生的积分器o/p偏移电压由以下公式给出：
在整合的情况下：
Vint_off=REFM–（Qcomp×Int FB cap）-有关所选范围的Int FB cap，请参阅表1。Qcomp为负数表示向上积分，因此积分输出具有正偏移量，允许空穴计数的净空。
在整合失败的情况下：
Vint_off=REFP–（Qcomp×Int FB cap）-有关所选范围的Int FB cap，请参阅表1。Qcomp对积分上升是正的，因此积分输出有一个负的偏移允许电子计数的空间。
如图10所示，DF-SM上升沿在SHS上升沿之后被推。这样可以避免反向电荷注入，从而损坏积分器输出。
注意数据读取部分中描述的积分器输出和AFE0064输出（OUTP和OUTM）之间的关系。
典型特征
应用程序信息
接口平板探测器（FPD）
下图显示了将平板探测器连接到AFE0064的接口。平板探测器是像素矩阵。每个像素由光电二极管和薄膜晶体管开关组成。单个行（或列）中的所有像素都连接到单个总线。该总线与单个积分器接口。每行有一个单独的积分器通道。
在X射线曝光（用闪烁体转换成光）时，单个光电二极管获得与入射光强度成比例的电荷。该电荷在光电二极管的自电容中取样。这些列被逐个扫描，并且AFE0064将单个光电二极管电荷转换成比例电压。
带AFE输出的ADC接口
如前所述，每个AFE0064有两个差分输出驱动器。AFE允许两个设备级联，它们可以像单个128通道设备一样一起工作。时序图见图8。
重置FPD面板
可以使用IRST重置光电二极管。在复位期间，积分器的作用类似于单位增益缓冲器，并且在复位阶段，设备可以通过64个输入管脚中的每一个来源或汇50微安。例如，要重新设置10次充电，需要10次/50微安=1/5微秒。
有关重置计时的详细信息，请参阅图3。在第一上升沿分别处于顺序/同时模式后，设备处于32/8时钟的复位阶段。复位持续时间通过选择时钟速度或在顺序/同时模式下分别保持32/8个时钟中的一个为所需时间来控制。
AFE传输特性
上图显示了积分器下降模式下的AFE传输特性。（对于积分器上升模式，P和M图是互换的。）AFE输出在所示矩形限定的电荷范围内是线性的。
从左下角开始，矩形的四个角顺时针方向如下：（0%，0.85伏），（0%，2.25伏），（100%，2.25伏），（100%，0.85伏），其中REFP=2.25伏，REFM=0.85伏。
在这个范围之外，AFE输出仍然响应于输入电荷，但是没有指定线性。当输出接近轨道时，线性度降低。
一旦输出超出线性矩形，就可以检测超量程，并选择更高的AFE范围。建议在ADC输入跨过100%FS时对其进行钳制。
AFE参考驱动
图33显示了AFE的0.85 V和2.25 V参考电压的生成。注意，设备在参考输入端使用内部缓冲区。因此，可以在一个系统中共享对多个afe的引用。但是，建议对每个单独的AFE使用单独的100Ω、1μF的LPF。使用1%的公差电阻器将2.5 V分为2.25 V和0.85 V。
包装材料信息
