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模拟前端(AFE)原理及选型指南

时间:08-03 来源:互联网 点击:

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

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