模拟前端(AFE)原理及选型指南

时间:2013-08-03来源:网络
(0,0,102); LINE-HEIGHT: 16px; PADDING-TOP: 0px; FONT-FAMILY: Arial, Helvetica, sans-serif, 宋体; BACKGROUND-COLOR: rgb(255,255,255)" sizset="false" sizcache04337166716412984="2.0.10">  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-Σ转换器。1位数据流被可配置为SINC1或SINC3的集成数字滤波器滤波。转换结果可通过一个SPI/QSPI兼容的3线串行接口得到。

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。


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关键词: AD7266 Max1402 C8051F350

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