模擬前端（AFE）原理及選型指南

　　Silicon Labs的C8051 F350采用“多數字，少模擬”設計，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轉換器、50MHzCPU。外設包括雙8位DAC和溫度傳感器以及串行通信外設(UART，SPI，SMBus串行口)。

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

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

　　在A(yíng)FE中采用內插設計相對較簡(jiǎn)單，因此，將該功能內插到AFE中較為可取，并簡(jiǎn)化了數字主機芯片對其進(jìn)行的輸送。這也意味著(zhù)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字Hilbert濾波器。當濾波器使能時(shí)，它執行一次Hilbert轉換，將單通道輸入數據分解為I和Q分量，用做圖像抑制結構部分。然后，用片上數字復雜調制器對復雜數據做進(jìn)一步處理。某些AFE也可能包括直接數字合成和數字混頻器，所以在接收通道，D-S轉換內含數字濾波。D-S轉換在窄帶無(wú)線(xiàn)應用中特別有用，因為它具有高選擇性和非常高的瞬時(shí)動(dòng)態(tài)范圍。

　　根據轉換器結構進(jìn)行設計的工程技術(shù)人員可能會(huì )驚奇地發(fā)現，D-S轉換采用的頻率達到幾兆赫茲。開(kāi)始，D-S應用目標是高分辨率、慢速響應應用(如稱(chēng)重)；后來(lái)應用到音頻領(lǐng)域。工藝的進(jìn)步使得D-S結構將取樣速度增加到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轉換在窄帶無(wú)線(xiàn)應用(通過(guò)分立PF信道的語(yǔ)音通信)中頗具吸引力，但是，其架構不適于寬帶應用。相反，連續漸近轉換器通常用于工業(yè)控制和測量中的高速帶寬應用?，F在，16位300Msamples/s連續漸近轉換器較為普遍。

　　流水線(xiàn)轉換器成本較低，可用于只需8位或12位分辨率和10Msamples/s轉換率的應用。流水線(xiàn)架構導致等待時(shí)間，但具有較高的芯片處理效率。一個(gè)12位流水線(xiàn)轉換器需要4095個(gè)比較器和一個(gè)大芯片，導致芯片功耗很高。

　　相比較而言，通過(guò)分級轉換，流水線(xiàn)轉換器所需要的比較器數量大大減少，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中的一個(gè)潛在問(wèn)題。在通信系統中這不是問(wèn)題，因為轉換器的等待時(shí)間對于整個(gè)信號鏈絡(luò )的延遲來(lái)說(shuō)是微不足道的。

　　在此之前，人們曾討論過(guò)插入式濾波器放在DAC之前的原因。盡管Maxim公司的MAX1402在D-S轉換器之后包含一個(gè)分樣濾波器，但不會(huì )在流水線(xiàn)ADC的輸出有一個(gè)分樣濾波器。從經(jīng)濟角度看，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。