模擬前端電路
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一般AFE為通用單元。AFE可以是“Littled，big-A”（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“big-D,little-a”（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、逐次近似和流水線架構(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ADC AFE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）編程和單或多數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。
Linear 公司的LTC1850/51 AFE片上8通道多路轉(zhuǎn)換器向10或12位逐次近似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)品都包含一對單逐次近似ADC和內(nèi)置8通道多路轉(zhuǎn)換器。絕對采樣率可達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（有專門的應(yīng)用領(lǐng)域）。該器件集成了兩個獨立的12位逐次近擬ADC，允許同時采樣和轉(zhuǎn)換兩個通道，吞吐率達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。
Maxim公司的1402多路轉(zhuǎn)換的信號較少，但分辨率較高，用Δ-Σ調(diào)制器和數(shù)字分樣濾波器可以達到16位精度（圖2）。數(shù)字濾波器的用戶可選擇取樣因數(shù)，允許降低轉(zhuǎn)換分辨率以換來較高的輸出數(shù)據(jù)率。在輸出數(shù)據(jù)率480SPS可實現(xiàn)真正的16位性能?？稍O(shè)置MAX1402的輸入多路轉(zhuǎn)換器，用來管理3個全差分信號或6個偽差分信號。多路轉(zhuǎn)換器的后面是兩個斬波放大器、一個可編程增益放大器（PGA，增益1_128）、一個用于消除系統(tǒng)漂移的粗DAC和一個2階Δ-Σ轉(zhuǎn)換器。1位數(shù)據(jù)流被可配置為SINC1或SINC3的集成數(shù)字濾波器濾波。轉(zhuǎn)換結(jié)果可通過一個SPI/QSPI兼容的3線串行接口得到。
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Looksamples/s轉(zhuǎn)換器、50MHzCPC。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位逐次近似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4個ADC（6_14位分辨率，可選擇流水線、Δ-Σ和逐次近似架構(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)字主機芯片對其進行的輸送。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，Δ-Σ轉(zhuǎn)換內(nèi)含數(shù)字濾波。Δ-Σ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)進行設(shè)計的工程技術(shù)人員可能會驚奇地發(fā)現(xiàn)，Δ-Σ轉(zhuǎn)換采用的頻率達到幾赫茲。開始，Δ-Σ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。工藝的進步使得Δ-Σ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Δ-Σ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，逐次近似轉(zhuǎn)換器通常用于工業(yè)控制和測量中的高速帶寬應(yīng)用?，F(xiàn)在，16位300Msamples/s逐次近似轉(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Δ-Σ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。
有線通信用AFE
DSL和其他有線通信模式是AFE幾個較大市場之一。ADI、TI、STMicro等公司具有許多瞄準(zhǔn)大量應(yīng)用領(lǐng)域的產(chǎn)品。
現(xiàn)在，由于有標(biāo)準(zhǔn)約定，所以，有線網(wǎng)絡(luò)代表著一種新的具有挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域。ADI公司的AD9865支持有線網(wǎng)絡(luò)、VDSL和HPNA（家用電話線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟）寬帶調(diào)制解調(diào)器。STMicro公司推出一種新AFE做為2芯片組的一部分，用于USB基速率自適應(yīng)ADSL調(diào)制解調(diào)器。MTC20154由一個12位DAC和一個13位ADC（二者運行在8.8Msamles/s）組成。在該芯片組中，幾乎所有的數(shù)字處理由MTC20455芯片執(zhí)行。
無線通信用AFE
藍牙和IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)繼續(xù)推動著無線AFE市場。STMicro公司的STLC2150是一款完全集成的藍牙單芯片無線電收發(fā)器，它與各種標(biāo)準(zhǔn)Blue RF接口基帶處理器協(xié)同工作，這包括STLC2410（見圖3）。
TI的AFE8201（圖4）是更為通用的AFE，用于軟件無線電中的IF接收信道。它取樣窄帶（2.5MHz或更低）IF信號并數(shù)字混頻、濾波和分樣信號到基帶。
工業(yè)電子用AFE
ADI公司的ADS7869是瞄準(zhǔn)工業(yè)市場的，它是一個12通道3ADC馬達控制前端。該AFE提供3個全差分輸入，每個輸入連接到窗口比較器和符號比較器。芯片并行端口的數(shù)字接口可配置成不同的標(biāo)準(zhǔn)。此外，有一個用于控制的串行外設(shè)接口（SPI）。
信息家用用AFE
Philips公司的TDA875A是一款3路8位視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，用于液晶顯示（LCD）監(jiān)視器、投影機和TV。該IC接收模擬RGB或YUA信號，并將它們轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸出，用于分辨率高達QXGA（2048
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