Что такое аналоговый входной каскад (AFE)?

Что такое аналоговый входной каскад (AFE)?

Аналоговый входной каскад (AFE) — это набор аналоговых цепей, которые соединяют устройство, обнаруживающее сигналы, например датчик, с устройством, обрабатывающим цифровые сигналы.

Иногда его называют AFE по начальным буквам «analog front end». AFE иногда называют «схемой согласования сигнала», поскольку ее основная роль заключается в настройке аналогового выходного сигнала от датчика для его подключения к цифровой схеме.

Поскольку аналоговые сигналы, обнаруживаемые датчиками и другими устройствами, очень слабы и часто содержат много шумовых компонентов, необходимо настроить эти аналоговые сигналы, удалив шум, усилив и т. д.

Использование аналогового входного каскада (AFE)

Аналоговый входной каскад (AFE) используется для управления различными сенсорными модулями.

Текущую эпоху часто называют эпохой IoT, и среди множества сенсорных модулей сенсорные модули IoT играют важную роль в эпоху IoT. Базовая конфигурация системы заключается в обнаружении физических явлений как аналоговых значений с помощью датчиков, преобразовании их в цифровые сигналы, их цифровой обработке с помощью микроконтроллера, а затем загрузке в облако с помощью беспроводного коммуникационного чипа.

В этой конфигурации AFE играет важную роль наряду с датчиком и микросхемой беспроводной связи, и для повышения производительности модуля датчика IoT необходимо соответствующим образом спроектировать AFE, чтобы можно было выполнять цифровую обработку, извлекая при этом как можно больше характеристик датчика.

Принцип работы аналогового входного интерфейса 

Принцип AFE основан на различных инновациях в схемах для точного соединения аналоговой информации выходного значения датчика с цифровой схемой. В частности, поскольку общие выходы датчиков зашумлены, а сами сигналы слабы, необходимо использовать фильтры и усилители для снижения шума и усиления сигнала. Необходимые схемы интегрируются в AFE, а затем объединяются с аналого-цифровым преобразователем для преобразования аналоговых сигналов в цифровые значения.

АЦП обычно имеет тип модуляции дельта-сигма, а масштаб схемы обычно составляет от 16 до 32 бит, в зависимости от объема обрабатываемых данных. Схемы усилителей включают в себя инструментальные усилители, операционные усилители и трансимпедансные усилители, которые имеют несколько функций переключения и функции регулировки усиления для регулировки широкого диапазона сигналов датчиков.

Сам AFE должен работать с цифровыми схемами для управления последовательной связью, такими как SPI, и цифровые схемы для последовательного интерфейса также предусмотрены для этой цели.

Другая информация об аналоговом входном конце

Полупроводниковые микросхемы часто имеют высокую производительность, и AFE включает в себя дискретные продукты с высокой степенью свободы, а также интегрированные продукты, которые интегрируют множество функций. Несколько интегрированных функций относительно просты в использовании.

На рынке также доступны высокоинтегрированные микросхемы AFE, такие как те, которые интегрируют аналоговые входные интерфейсы в датчики давления, датчики температуры и другие высокопроизводительные продукты. Усилители, АЦП и другие компоненты интегрированы в одну микросхему, которая имеет такие функции, как настройка характеристик секции AFE и источника тока в соответствии с характеристиками сенсорного элемента. Причина этого в том, что сенсорные элементы обычно имеют различные выходные вариации в зависимости от температуры и интенсивности. Функция компенсации также является очень важной характеристикой для AFE.

Кроме того, существует большое разнообразие аналоговых входных интерфейсов для оптических датчиков, включая те, которые интегрированы с оптическими элементами и доступны в виде пакета, и те, которые не включают в себя оптические элементы и предоставляют только функции AFE, позволяя пользователю свободно выбирать оптические элементы для подключения.