模拟前端（AFE）原理及选型指南

　　Silicon Labs的C8051 F350采用“多数字，少模拟”设计，这是公司最新推出的带片上ADC的8051兼容MCU。它集成有8通道24位100ksamples/s转换器、50MHzCPU。外设包括双8位DAC和温度传感器以及串行通信外设(UART，SPI，SMBus串行口)。

　　同样，Microchip 公司的PIC16F684、PIC16F688和PIC12F683 PIC基MCU 包含10位连续渐近ADC和8输入多路转换器。

　　更为复杂的是Cypress公司的pSoC家族，具有一组复杂的数字和模拟单元，完全可以电路内重新编程。一个pSoC IC模拟单元可包含多达4个ADC(6~14位分辨率，可选择流水线、Δ-Σ和连续渐近架构)；2、4和6极带通、低通和陷波滤波器；6~9位DAC；PGA。pSoC设计工具包括2个预配置Δ-Σ转换器模型。一个具有8位分辨率，64X过取样并适合32ksamples/s。另一个具有11位分辨率，256X过取样，适合7.8ksamples/s。

　　在AFE中采用内插设计相对较简单，因此，将该功能内插到AFE中较为可取，并简化了数字主机芯片对其进行的输送。这也意味着芯片间的接口可以更低的速率工作，清除了可能的电磁干扰源。

　　ADI公司的AD9862是一款双12/14位、128Msamples/s ADC，带有取样滤波器和数字Hilbert滤波器。当滤波器使能时，它执行一次Hilbert转换，将单通道输入数据分解为I和Q分量，用做图像抑制结构部分。然后，用片上数字复杂调制器对复杂数据做进一步处理。某些AFE也可能包括直接数字合成和数字混频器，所以在接收通道，D-S转换内含数字滤波。D-S转换在窄带无线应用中特别有用，因为它具有高选择性和非常高的瞬时动态范围。

　　根据转换器结构进行设计的工程技术人员可能会惊奇地发现，D-S转换采用的频率达到几兆赫兹。开始，D-S应用目标是高分辨率、慢速响应应用(如称重)；后来应用到音频领域。工艺的进步使得D-S结构将取样速度增加到20Msamples/s，使有效带宽增加到2.5MHz，同时提供16位有效分辨率。

　　另一方面，尽管D-S转换在窄带无线应用(通过分立PF信道的语音通信)中颇具吸引力，但是，其架构不适于宽带应用。相反，连续渐近转换器通常用于工业控制和测量中的高速带宽应用。现在，16位300Msamples/s连续渐近转换器较为普遍。

　　流水线转换器成本较低，可用于只需8位或12位分辨率和10Msamples/s转换率的应用。流水线架构导致等待时间，但具有较高的芯片处理效率。一个12位流水线转换器需要4095个比较器和一个大芯片，导致芯片功耗很高。

　　相比较而言，通过分级转换，流水线转换器所需要的比较器数量大大减少，但要以牺牲6个或7个等待时间周期为代价。等待时间只是反馈控制系统中的一个潜在问题。在通信系统中这不是问题，因为转换器的等待时间对于整个信号链络的延迟来说是微不足道的。

　　在此之前，人们曾讨论过插入式滤波器放在DAC之前的原因。尽管Maxim公司的MAX1402在D-S转换器之后包含一个分样滤波器，但不会在流水线ADC的输出有一个分样滤波器。从经济角度看，在采用价廉ADC时可以在模拟域加入一个表面声波滤波器和另外滤波器。

　　有线通信用AFE

　　DSL和其他有线通信模式是AFE几个较大市场之一。ADI、TI、STMicro等公司具有许多瞄准此应用领域的产品。

　　现在，由于有标准约定，所以，有线网络代表着一种新的具有挑战性的领域。ADI公司的AD9865支持有线网络、VDSL和HPNA(家用电话线网络联盟)宽带调制解调器。STMicro公司推出一种新AFE做为2芯片组的一部分，用于USB基速率自适应ADSL调制解调器。MTC20154由一个12位DAC和一个13位ADC(二者运行在8.8Msamles/s)组成。在该芯片组中，几乎所有的数字处理由MTC20455芯片执行。

　　无线通信用AFE

　　蓝牙和IEEE802.11标准继续推动着无线AFE市场。STMicro公司的STLC2150是一款完全集成的蓝牙单芯片无线电收发器，它与各种标准Blue RF接口基带处理器协同工作，这包括STLC2410(见图3)。

　　TI的AFE8201(图4)是更为通用的AFE，用于软件无线电中的IF接收信道。它取样窄带(2.5MHz或更低)IF信号并数字混频、滤波和分样信号到基带。

　　工业电子用AFE

　　ADI公司的ADS7869是瞄准工业市场的，它是一个12通道3ADC马达控制前端。该AFE提供3个全差分输入，每个输入连接到窗口比较器和符号比较器。芯片并行端口的数字接口可配置成不同的标准。此外，有一个用于控制的串行外设接口(SPI)。

　　信息家电用AFE

Philips公司的TDA875A是一款3路8位视频数据转换器，用于液晶显示(LCD)监视器、投影机和TV。该IC接收模拟RGB或YUA信号，并将它们转换为数字输出，用于分辨率高