模擬前端（AFE）原理及選型指南

現(xiàn)在許多新穎的模擬前端(AFE-Analog Front End)瞄準(zhǔn)了各種不同應(yīng)用：有線和無線通信、工業(yè)電子、消費(fèi)類產(chǎn)品，出現(xiàn)了專用和通用AFE來滿足多種市場需求。

　　一般AFE為通用單元。AFE可以是少數(shù)為數(shù)字電路、多數(shù)為模擬電路器件，用一個簡單的狀態(tài)機(jī)控制多路轉(zhuǎn)換器，將信號傳輸給一個或多個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。AFE也可以是多數(shù)為數(shù)字電路、少數(shù)為模擬電路器件，包括一個或多個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器并帶有其他微控制器外設(shè)。所有AFE的共同功能特點是它們的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器(DAC和ADC)。其DAC結(jié)構(gòu)沒有大的差別，但ADC結(jié)構(gòu)可以是Δ-Σ、連續(xù)漸近和流水線架構(gòu)。每種架構(gòu)在容吐量、分辯率、等待時間、濾波要求、功耗和硅占位面積方面均有局限性。不同的轉(zhuǎn)換器架構(gòu)在不同的目標(biāo)應(yīng)用中有不同的功能。

　　通用AFE

　　一些公司，包括ADI、Linear、Maxim和Silicon Labs采用硅CMOS增加儀器型ADC編程能力。其差別在于編程能力的類型一狀態(tài)機(jī)或微控制器。如Linear 公司的ADC在輸入具有引腳短接編程多路轉(zhuǎn)換器，這種性能受到過程控制系統(tǒng)或傳感器設(shè)計工程技術(shù)人員的喜愛。

　　不同的供應(yīng)商對多路ADCAFE有不同的設(shè)計。這包括引腳短接或寄存器控制(通過并行接口)編程單或多數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。

　　Linear 公司的LTC1850/51AFE片上8通道多路轉(zhuǎn)換器向10或12位連續(xù)漸近ADC傳送信號(見圖1)。AFE具有掃描模式，可在8個多路轉(zhuǎn)換通道間重復(fù)循環(huán)，并用連續(xù)掃描的16位地址和配置按順序編程。也可以讀回時序存儲器。所有這些均通過短接AFE引腳來控制。

　　LTC1850家族中的每一款8位和10位產(chǎn)品都包含一對單連續(xù)漸近ADC和內(nèi)置8通道多路轉(zhuǎn)換器。絕對采樣率可達(dá)1.25Msamples/s。但是，實際的采樣率取決于采樣的輸入數(shù)量。也就是說，如果設(shè)計僅要求兩個輸入通道，那么，每個通道應(yīng)連接多路轉(zhuǎn)換器的4個輸入，而每個通道的取樣率應(yīng)為625Ksamples/s。當(dāng)每個多路轉(zhuǎn)換器通道有不同的輸入時，吞吐量為156Ksamples/s。

　　ADI公司的AD7266采用類似的設(shè)計理念。該器件集成了兩個獨(dú)立的12位連續(xù)漸近ADC，允許同時采樣和轉(zhuǎn)換兩個通道，吞吐率達(dá)2Msamples/s。每個ADC前面加有一個3通道多路轉(zhuǎn)換器和一個抵噪聲、寬帶跟蹤保持放大器(可處理超過10MHz的輸入頻率)。每個ADC有兩個模擬輸入，可編程3個全差分對或6個單端通道。每個通道的轉(zhuǎn)換結(jié)果，可在單獨(dú)數(shù)據(jù)線上同時讀取或在同一數(shù)據(jù)線上連續(xù)讀取。