模拟前端（AFE）原理及选型指南

模拟前端处理的对象是信号源给出的模拟电视、模拟声音信号，其主要功能包括以下几个方面：

信号放大：当接收到的信号过于微弱，满足不了系统载噪比要求时，在前端要采用低噪声放大器进行放大，以提高载噪比。

频率变换：为了实现传输频道的某种配置，有时也为了避开某种干扰，前端需要对某些频道进行变换。例如，早期的有线电视系统基本上在VHF频段内传输信号，对于个别在UHF频段内播出的节目，可使用频道变换器，将其从UHF频段转换到VHF频段。另外，对于距离电视发射塔较近的地区，由于电视信号很强，用户的电视机会直接感应到强信号，该信号与有线电视前端接收下来的同一电视信号都会进入电视机，但两者存在时间差，将在电视机图像上形成不易消除的重影，因此，也需要将该频道信号转换成另一频道信号。

调制、解调：在接收卫星、微波信号时，需先对其进行解调，恢复视、音频信号，然后再将其调制为选定频道的射频信号；自办节目也需要经过调制后才能进入混合器；另外，一些开路信号也采用解调－调制的变换方式来进行处理。

邻频处理：有线电视系统采用邻频传输可以充分利用频谱资源，在有限的频带范围内尽可能多地传输节目，但同时也会造成邻频干扰问题。因此需要在前端采用各种技术措施来进行邻频处理，最大限度地消除邻频干扰。邻频处理主要包括声表面波滤波、锁相环路（PLL）频率合成技术、图像和伴音分通道处理、A/V比可调技术等，用来完成调制、解调、频率变换、混合等功能。

电平调整与控制：用于各频道的电平进行调整和控制，使频道内和频道间的电平波动不超过要求的范围。

混合：混合的目的是将所有处理后的信号复合在一起，以便用一条线路传输。

AFE选型

现在许多新颖的模拟前端(AFE-Analog Front End)瞄准了各种不同应用：有线和无线通信、工业电子、消费类产品，出现了专用和通用AFE来满足多种市场需求。

　　一般AFE为通用单元。AFE可以是少数为数字电路、多数为模拟电路器件，用一个简单的状态机控制多路转换器，将信号传输给一个或多个数据转换器。AFE也可以是多数为数字电路、少数为模拟电路器件，包括一个或多个数据转换器并带有其他微控制器外设。所有AFE的共同功能特点是它们的数据转换器(DAC和ADC)。其DAC结构没有大的差别，但ADC结构可以是Δ-Σ、连续渐近和流水线架构。每种架构在容吐量、分辩率、等待时间、滤波要求、功耗和硅占位面积方面均有局限性。不同的转换器架构在不同的目标应用中有不同的功能。

　　通用AFE

　　一些公司，包括ADI、Linear、Maxim和Silicon Labs采用硅CMOS增加仪器型ADC编程能力。其差别在于编程能力的类型一状态机或微控制器。如Linear 公司的ADC在输入具有引脚短接编程多路转换器，这种性能受到过程控制系统或传感器设计工程技术人员的喜爱。

　　不同的供应商对多路ADCAFE有不同的设计。这包括引脚短接或寄存器控制(通过并行接口)编程单或多数据转换器。

　　Linear 公司的LTC1850/51AFE片上8通道多路转换器向10或12位连续渐近ADC传送信号(见图1)。AFE具有扫描模式，可在8个多路转换通道间重复循环，并用连续扫描的16位地址和配置按顺序编程。也可以读回时序存储器。所有这些均通过短接AFE引脚来控制。

　　LTC1850家族中的每一款8位和10位产品都包含一对单连续渐近ADC和内置8通道多路转换器。绝对采样率可达1.25Msamples/s。但是，实际的采样率取决于采样的输入数量。也就是说，如果设计仅要求两个输入通道，那么，每个通道应连接多路转换器的4个输入，而每个通道的取样率应为625Ksamples/s。当每个多路转换器通道有不同的输入时，吞吐量为156Ksamples/s。

　　ADI公司的AD7266采用类似的设计理念。该器件集成了两个独立的12位连续渐近ADC，允许同时采样和转换两个通道，吞吐率达2Msamples/s。每个ADC前面加有一个3通道多路转换器和一个抵噪声、宽带跟踪保持放大器(可处理超过10MHz的输入频率)。每个ADC有两个模拟输入，可编程3个全差分对或6个单端通道。每个通道的转换结果，可在单独数据线上同时读取或在同一数据线上连续读取。

Maxim公司的1402多路转换的信号较少，但分辨率较高，用Δ-Σ调制器和数字分样滤波器可以达到16位精度(图2)。数字滤波器的用户可选择取样因数，允许降低转换分辨率以换来较高的输出数据率。在输出数据率480sps可实现真正的16位性能。可设置MAX1402的输入多路转换器，用来管理3个全差分信号或6个伪差分信号。多路转换器的后面是两个斩波放大器、一个可编程增益放大器(PGA，增益1~128)、一个用于消除系统漂移的粗DAC和一个2阶Δ