該AFE3256是一款 256 通道模擬前端 （AFE），旨在滿足基于平板探測器 （FPD） 的數(shù)字 X 射線系統(tǒng)的要求。該器件包括 256 個積分器、具有雙組的相關(guān)雙采樣器 （CDS） 和 256：2 模擬多路復(fù)用器。該器件還具有兩個 16 位逐次逼近寄存器 （SAR） 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC）。來自 ADC 的串行數(shù)據(jù)以低壓差分信號 （LVDS） 格式提供。

該器件通常也稱為讀出集成電路 （ROIC），使用多種電源模式和系統(tǒng)內(nèi)調(diào)試選項等功能優(yōu)化整體系統(tǒng)性能。

睡眠和待機(jī)模式可大幅節(jié)省功耗，這對于電池供電系統(tǒng)至關(guān)重要。
*附件：afe3256.pdf

特性

• 256 個通道
• 片內(nèi)16位ADC
• 高性能：
  • 噪聲：440 電子 RMS（1.2 pC 輸入電荷范圍）
  • 低相關(guān)噪聲
  • 全通道積分非線性：16位時為±2 LSB
  • 掃描時間：< 16 μs 至 204.8 μs
• 集成：
  • 可編程滿量程輸入充電范圍：0.3pC 至 12.5pC，分辨率為 0.3pC
  • 內(nèi)部定時發(fā)生器 （TG）
  • 內(nèi)置相關(guān)雙進(jìn)樣器
  • 軟件可編程電子或空穴積分模式
  • 流水線集成和讀取以提高吞吐量 — 集成期間的數(shù)據(jù)讀取
  • 串行LVDS輸出
  • 片上溫度傳感器
• 供電方案簡單：
  • 單1.85V電源供電
• 多種功率模式，功耗范圍從 1mW/ch 到 2mW/ch
• 掉電模式：睡眠和待機(jī)
• 分箱模式支持
• 定制薄膜芯片 （COF） 封裝

參數(shù)

方框圖

一、產(chǎn)品概述

AFE3256 是德州儀器（TI）推出的256 通道模擬前端（AFE） ，專為數(shù)字 X 射線平板探測器（FPD）設(shè)計，也可用于電荷檢測、電容測量等場景。器件集成 256 路積分器、相關(guān)雙采樣（CDS）電路、模擬多路復(fù)用器（MUX）與 16 位 ADC，支持低噪聲、高線性度的電荷信號讀取，通過 LVDS 串行接口輸出數(shù)據(jù)，是 X 射線成像系統(tǒng)中關(guān)鍵的讀出集成電路（ROIC），可優(yōu)化系統(tǒng)性能與功耗平衡。

二、核心特性

（一）高通道密度與集成化設(shè)計

1. 256 通道信號采集架構(gòu)
   • 每通道包含獨立積分器與 CDS 電路：CDS 支持雙組銀行（dual banking）設(shè)計，可減少相關(guān)噪聲，提升弱信號檢測精度；
   • 256:2 模擬多路復(fù)用器（MUX）：將 256 路模擬信號復(fù)用至 2 個 16 位逐次逼近寄存器（SAR）ADC，兼顧通道密度與轉(zhuǎn)換效率；
   • 片內(nèi)時序發(fā)生器（TG）：提供靈活的采樣與積分時序控制，支持軟件配置電子 / 空穴積分模式，適配不同類型的平板探測器（如非晶硅、CMOS 探測器）。
2. 高性能信號處理
   • 低噪聲特性：1.2pC 輸入電荷范圍下，噪聲僅 440 電子 RMS，相關(guān)噪聲低，確保 X 射線微弱信號的精準(zhǔn)采集；
   • 高線性度：全通道積分非線性（INL）僅 ±2 LSB（16 位精度），避免信號失真影響成像質(zhì)量；
   • 靈活積分范圍：可編程滿量程輸入電荷范圍 0.3~12.5pC，分辨率 0.3pC，可適配不同靈敏度的探測器需求。

（二）高效數(shù)據(jù)讀取與功耗控制

1. 高速數(shù)據(jù)輸出與并行操作
   • 流水線式 “積分 - 讀取”（Integrate-and-Read）：支持?jǐn)?shù)據(jù)讀取與信號積分并行執(zhí)行，提升系統(tǒng)吞吐量；
   • LVDS 串行輸出：ADC 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過 LVDS 接口（DCLKP/M、DOUTP/M、FCLKP/M）輸出，傳輸速率高且抗干擾能力強(qiáng)，簡化 PCB 布線。
   • 快速掃描時間：掃描時間可配置，范圍＜16μs~204.8μs，適配不同幀率的成像需求（如動態(tài) X 射線成像、靜態(tài)高分辨率成像）。
2. 多功耗模式與節(jié)能設(shè)計
   • 功耗范圍：1~2mW / 通道，支持多功耗模式調(diào)節(jié)，可根據(jù)成像幀率動態(tài)優(yōu)化功耗；
   • 低功耗模式：包含睡眠（Sleep）與待機(jī)（Standby）模式，大幅降低非工作狀態(tài)下的功耗，適用于電池供電的便攜式 X 射線設(shè)備；
   • 單電源供電：僅需 1.85V 單電源即可工作，簡化電源系統(tǒng)設(shè)計，減少電源噪聲耦合。

（三）可靠性與輔助功能

1. 片內(nèi)監(jiān)測與調(diào)試
   • 內(nèi)置溫度傳感器：實時監(jiān)測器件工作溫度，便于系統(tǒng)熱管理，避免高溫影響性能；
   • 系統(tǒng)內(nèi)調(diào)試選項：支持 SPI 接口（SDATA、SDOUT、SCLK、SEN）配置與狀態(tài)讀取，可通過寄存器調(diào)整積分時間、增益等參數(shù)，簡化系統(tǒng)校準(zhǔn)與故障診斷。
2. 特殊功能支持
   • 合并模式（Binning）：支持通道合并，可犧牲空間分辨率換取更高的信號幅度與信噪比，適配不同成像場景需求；
   • 定制化封裝：提供芯片薄膜（COF）封裝，適配平板探測器的窄邊框、柔性布線需求，減少信號傳輸損耗。

三、器件信息與封裝規(guī)格

（一）基本器件信息

（二）封裝類型與規(guī)格

2024 年 4 月修訂版新增 TFV 封裝，現(xiàn)有兩種 COF 封裝可選，具體參數(shù)如下：

（三）訂購信息

四、典型應(yīng)用與配套器件

（一）核心應(yīng)用場景

1. 數(shù)字 X 射線平板探測器（FPD）
   • 應(yīng)用架構(gòu)：AFE3256 作為 ROIC，連接平板探測器的 256 個像素單元，采集 X 射線轉(zhuǎn)換后的電荷信號，經(jīng)積分、CDS 降噪、ADC 轉(zhuǎn)換后，通過 LVDS 輸出至 FPGA / 處理器進(jìn)行圖像處理；
   • 優(yōu)勢：高通道密度減少器件數(shù)量，低噪聲確保低劑量 X 射線成像質(zhì)量，流水線操作提升幀率（如動態(tài)造影成像）。
2. 電荷檢測與電容測量
   • 適配場景：精密傳感器的電荷信號讀?。ㄈ?a target="_blank">光電二極管陣列、離子探測器）、電容式傳感器的電容值測量，利用其可編程積分范圍與低噪聲特性，提升檢測精度。

（二）推薦配套器件

TI 推薦搭配以下器件以優(yōu)化系統(tǒng)性能，文檔中明確提及的配套組件如下：

五、文檔與技術(shù)支持

（一）文檔修訂與更新

• 2024 年 4 月修訂版（Revision A）核心變更：新增 AFE3256TFV 封裝的詳細(xì)信息，包括引腳數(shù)、封裝尺寸、訂購型號，完善不同封裝的應(yīng)用場景說明，無核心電氣參數(shù)變更。

（二）技術(shù)支持資源

1. 文檔獲取
   • TI 官網(wǎng)產(chǎn)品頁面提供完整數(shù)據(jù)手冊、封裝機(jī)械圖紙、PCB 布局指南；通過 “Notifications” 功能訂閱文檔更新，可接收每周產(chǎn)品信息變更摘要。
2. 工程支持
   • TI E2E 論壇：提供專家技術(shù)解答，可搜索現(xiàn)有問題（如噪聲優(yōu)化、電源設(shè)計）或提交新疑問，獲取針對性設(shè)計幫助；
   • 參考設(shè)計：官網(wǎng)提供 X 射線平板探測器系統(tǒng)參考設(shè)計，包含 AFE3256 的硬件連接、時序配置與軟件驅(qū)動，加速系統(tǒng)開發(fā)。
3. ESD 防護(hù)提示
   • 器件對靜電放電（ESD）敏感，需遵循 TI 靜電防護(hù)規(guī)范（如佩戴防靜電手環(huán)、使用防靜電包裝與工作臺），避免 ESD 導(dǎo)致的性能 degradation 或永久損壞。