模擬前端（AFE）原理及選型指南

現在許多新穎的模擬前端(AFE-Analog Front End)瞄準了各種不同應用：有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)通信、工業(yè)電子、消費類(lèi)產(chǎn)品，出現了專(zhuān)用和通用AFE來(lái)滿(mǎn)足多種市場(chǎng)需求。

　　一般AFE為通用單元。AFE可以是少數為數字電路、多數為模擬電路器件，用一個(gè)簡(jiǎn)單的狀態(tài)機控制多路轉換器，將信號傳輸給一個(gè)或多個(gè)數據轉換器。AFE也可以是多數為數字電路、少數為模擬電路器件，包括一個(gè)或多個(gè)數據轉換器并帶有其他微控制器外設。所有AFE的共同功能特點(diǎn)是它們的數據轉換器(DAC和ADC)。其DAC結構沒(méi)有大的差別，但ADC結構可以是Δ-Σ、連續漸近和流水線(xiàn)架構。每種架構在容吐量、分辯率、等待時(shí)間、濾波要求、功耗和硅占位面積方面均有局限性。不同的轉換器架構在不同的目標應用中有不同的功能。

　　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(lèi)型一狀態(tài)機或微控制器。如Linear 公司的ADC在輸入具有引腳短接編程多路轉換器，這種性能受到過(guò)程控制系統或傳感器設計工程技術(shù)人員的喜愛(ài)。

　　不同的供應商對多路ADCAFE有不同的設計。這包括引腳短接或寄存器控制(通過(guò)并行接口)編程單或多數據轉換器。

　　Linear 公司的LTC1850/51AFE片上8通道多路轉換器向10或12位連續漸近ADC傳送信號(見(jiàn)圖1)。AFE具有掃描模式，可在8個(gè)多路轉換通道間重復循環(huán)，并用連續掃描的16位地址和配置按順序編程。也可以讀回時(shí)序存儲器。所有這些均通過(guò)短接AFE引腳來(lái)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漸近ADC和內置8通道多路轉換器。絕對采樣率可達1.25Msamples/s。但是，實(shí)際的采樣率取決于采樣的輸入數量。也就是說(shuō)，如果設計僅要求兩個(gè)輸入通道，那么，每個(gè)通道應連接多路轉換器的4個(gè)輸入，而每個(gè)通道的取樣率應為625Ksamples/s。當每個(gè)多路轉換器通道有不同的輸入時(shí)，吞吐量為156Ksamples/s。

　　ADI公司的AD7266采用類(lèi)似的設計理念。該器件集成了兩個(gè)獨立的12位連續漸近ADC，允許同時(shí)采樣和轉換兩個(gè)通道，吞吐率達2Msamples/s。每個(gè)ADC前面加有一個(gè)3通道多路轉換器和一個(gè)抵噪聲、寬帶跟蹤保持放大器(可處理超過(guò)10MHz的輸入頻率)。每個(gè)ADC有兩個(gè)模擬輸入，可編程3個(gè)全差分對或6個(gè)單端通道。每個(gè)通道的轉換結果，可在單獨數據線(xiàn)上同時(shí)讀取或在同一數據線(xiàn)上連續讀取。