模擬前端（AFE）原理及選型指南

　　Silicon Labs的C8051 F350采用“多數(shù)字，少模擬”設(shè)計，這是公司最新推出的帶片上ADC的8051兼容MCU。它集成有8通道24位100ksamples/s轉(zhuǎn)換器、50MHzCPU。外設(shè)包括雙8位DAC和溫度傳感器以及串行通信外設(shè)(UART，SPI，SMBus串行口)。

　　同樣，Microchip 公司的PIC16F684、PIC16F688和PIC12F683 PIC基MCU 包含10位連續(xù)漸近ADC和8輸入多路轉(zhuǎn)換器。

　　更為復(fù)雜的是Cypress公司的pSoC家族，具有一組復(fù)雜的數(shù)字和模擬單元，完全可以電路內(nèi)重新編程。一個pSoC IC模擬單元可包含多達(dá)4個ADC(6~14位分辨率，可選擇流水線、Δ-Σ和連續(xù)漸近架構(gòu))；2、4和6極帶通、低通和陷波濾波器；6~9位DAC；PGA。pSoC設(shè)計工具包括2個預(yù)配置Δ-Σ轉(zhuǎn)換器模型。一個具有8位分辨率，64X過取樣并適合32ksamples/s。另一個具有11位分辨率，256X過取樣，適合7.8ksamples/s。

　　在AFE中采用內(nèi)插設(shè)計相對較簡單，因此，將該功能內(nèi)插到AFE中較為可取，并簡化了數(shù)字主機(jī)芯片對其進(jìn)行的輸送。這也意味著芯片間的接口可以更低的速率工作，清除了可能的電磁干擾源。

　　ADI公司的AD9862是一款雙12/14位、128Msamples/s ADC，帶有取樣濾波器和數(shù)字Hilbert濾波器。當(dāng)濾波器使能時，它執(zhí)行一次Hilbert轉(zhuǎn)換，將單通道輸入數(shù)據(jù)分解為I和Q分量，用做圖像抑制結(jié)構(gòu)部分。然后，用片上數(shù)字復(fù)雜調(diào)制器對復(fù)雜數(shù)據(jù)做進(jìn)一步處理。某些AFE也可能包括直接數(shù)字合成和數(shù)字混頻器，所以在接收通道，D-S轉(zhuǎn)換內(nèi)含數(shù)字濾波。D-S轉(zhuǎn)換在窄帶無線應(yīng)用中特別有用，因為它具有高選擇性和非常高的瞬時動態(tài)范圍。

　　根據(jù)轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計的工程技術(shù)人員可能會驚奇地發(fā)現(xiàn)，D-S轉(zhuǎn)換采用的頻率達(dá)到幾兆赫茲。開始，D-S應(yīng)用目標(biāo)是高分辨率、慢速響應(yīng)應(yīng)用(如稱重)；后來應(yīng)用到音頻領(lǐng)域。工藝的進(jìn)步使得D-S結(jié)構(gòu)將取樣速度增加到20Msamples/s，使有效帶寬增加到2.5MHz，同時提供16位有效分辨率。

　　另一方面，盡管D-S轉(zhuǎn)換在窄帶無線應(yīng)用(通過分立PF信道的語音通信)中頗具吸引力，但是，其架構(gòu)不適于寬帶應(yīng)用。相反，連續(xù)漸近轉(zhuǎn)換器通常用于工業(yè)控制和測量中的高速帶寬應(yīng)用。現(xiàn)在，16位300Msamples/s連續(xù)漸近轉(zhuǎn)換器較為普遍。

　　流水線轉(zhuǎn)換器成本較低，可用于只需8位或12位分辨率和10Msamples/s轉(zhuǎn)換率的應(yīng)用。流水線架構(gòu)導(dǎo)致等待時間，但具有較高的芯片處理效率。一個12位流水線轉(zhuǎn)換器需要4095個比較器和一個大芯片，導(dǎo)致芯片功耗很高。

　　相比較而言，通過分級轉(zhuǎn)換，流水線轉(zhuǎn)換器所需要的比較器數(shù)量大大減少，但要以犧牲6個或7個等待時間周期為代價。等待時間只是反饋控制系統(tǒng)中的一個潛在問題。在通信系統(tǒng)中這不是問題，因為轉(zhuǎn)換器的等待時間對于整個信號鏈絡(luò)的延遲來說是微不足道的。

　　在此之前，人們曾討論過插入式濾波器放在DAC之前的原因。盡管Maxim公司的MAX1402在D-S轉(zhuǎn)換器之后包含一個分樣濾波器，但不會在流水線ADC的輸出有一個分樣濾波器。從經(jīng)濟(jì)角度看，在采用價廉ADC時可以在模擬域加入一個表面聲波濾波器和另外濾波器。