模擬前端電路(04-100)

　　Silicon Labs的C8051 F350采用“多數(shù)字，少模擬”設(shè)計(jì)，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(gè)pSoC IC模擬單元可包含多達(dá)4個(gè)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(jì)工具包括2個(gè)預(yù)配置Δ-Σ轉(zhuǎn)換器模型。一個(gè)具有8位分辨率，64X過取樣并適合32ksamples/s。另一個(gè)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(jì)相對(duì)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(duì)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(shí)，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(duì)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?yàn)樗哂懈哌x擇性和非常高的瞬時(shí)動(dòng)態(tài)范圍。

　　根據(jù)轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的工程技術(shù)人員可能會(huì)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(shí)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(shí)間，但具有較高的芯片處理效率。一個(gè)12位流水線轉(zhuǎn)換器需要4095個(gè)比較器和一個(gè)大芯片，導(dǎo)致芯片功耗很高。

　　相比較而言，通過分級(jí)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(gè)或7個(gè)等待時(shí)間周期為代價(jià)。等待時(shí)間只是反饋控制系統(tǒng)中的一個(gè)潛在問題。在通信系統(tǒng)中這不是問題，因?yàn)檗D(zhuǎn)換器的等待時(shí)間對(duì)于整個(gè)信號(hào)鏈絡(luò)的延遲來說是微不足道的。

　　在此之前，人們?cè)懻撨^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(gè)分樣濾波器，但不會(huì)在流水線ADC的輸出有一個(gè)分樣濾波器。從經(jīng)濟(jì)角度看，在采用價(jià)廉ADC時(shí)可以在模擬域加入一個(gè)表面聲波濾波器和另外濾波器。