模擬前端（AFE）原理及選型指南

作者：時間：2013-08-03 來源：網(wǎng)絡

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模擬前端處理的對象是信號源給出的模擬電視、模擬聲音信號，其主要功能包括以下幾個方面：

信號放大：當接收到的信號過于微弱，滿足不了系統(tǒng)載噪比要求時，在前端要采用低噪聲放大器進行放大，以提高載噪比。

頻率變換：為了實現(xiàn)傳輸頻道的某種配置，有時也為了避開某種干擾，前端需要對某些頻道進行變換。例如，早期的有線電視系統(tǒng)基本上在VHF頻段內傳輸信號，對于個別在UHF頻段內播出的節(jié)目，可使用頻道變換器，將其從UHF頻段轉換到VHF頻段。另外，對于距離電視發(fā)射塔較近的地區(qū)，由于電視信號很強，用戶的電視機會直接感應到強信號，該信號與有線電視前端接收下來的同一電視信號都會進入電視機，但兩者存在時間差，將在電視機圖像上形成不易消除的重影，因此，也需要將該頻道信號轉換成另一頻道信號。

調制、解調：在接收衛(wèi)星、微波信號時，需先對其進行解調，恢復視、音頻信號，然后再將其調制為選定頻道的射頻信號；自辦節(jié)目也需要經(jīng)過調制后才能進入混合器；另外，一些開路信號也采用解調－調制的變換方式來進行處理。

鄰頻處理：有線電視系統(tǒng)采用鄰頻傳輸可以充分利用頻譜資源，在有限的頻帶范圍內盡可能多地傳輸節(jié)目，但同時也會造成鄰頻干擾問題。因此需要在前端采用各種技術措施來進行鄰頻處理，最大限度地消除鄰頻干擾。鄰頻處理主要包括聲表面波濾波、鎖相環(huán)路（PLL）頻率合成技術、圖像和伴音分通道處理、A/V比可調技術等，用來完成調制、解調、頻率變換、混合等功能。

電平調整與控制：用于各頻道的電平進行調整和控制，使頻道內和頻道間的電平波動不超過要求的范圍。

混合：混合的目的是將所有處理后的信號復合在一起，以便用一條線路傳輸。

AFE選型

現(xiàn)在許多新穎的模擬前端(AFE-Analog Front End)瞄準了各種不同應用：有線和無線通信、工業(yè)電子、消費類產(chǎn)品，出現(xiàn)了專用和通用AFE來滿足多種市場需求。

　　一般AFE為通用單元。AFE可以是少數(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)機控制多路轉換器，將信號傳輸給一個或多個數(shù)據(jù)轉換器。AFE也可以是多數(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)轉換器并帶有其他微控制器外設。所有AFE的共同功能特點是它們的數(shù)據(jù)轉換器(DAC和ADC)。其DAC結構沒有大的差別，但ADC結構可以是Δ-Σ、連續(xù)漸近和流水線架構。每種架構在容吐量、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，這種性能受到過程控制系統(tǒng)或傳感器設計工程技術人員的喜愛。

　　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(通過并行接口)編程單或多數(shù)據(jù)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(xù)漸近ADC傳送信號(見圖1)。AFE具有掃描模式，可在8個多路轉換通道間重復循環(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。

模擬前端（AFE）原理及選型指南

　　LTC1850家族中的每一款8位和10位產(chǎn)品都包含一對單連續(xù)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，實際的采樣率取決于采樣的輸入數(shù)量。也就是說，如果設計僅要求兩個輸入通道，那么，每個通道應連接多路轉換器的4個輸入，而每個通道的取樣率應為625Ksamples/s。當每個多路轉換器通道有不同的輸入時，吞吐量為156Ksamples/s。

　　ADI公司的AD7266采用類似的設計理念。該器件集成了兩個獨立的12位連續(xù)漸近ADC，允許同時采樣和轉換兩個通道，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。每個通道的轉換結果，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。