AFE 模拟前端电路和AFE模拟前端芯片

AFE在处理链的最前面，即输入端，进行模拟信号的处理的电路。称为模拟前端。

AFE指集成了ADC、放大器、基准源、激励电路、调制解调电路等的模拟系统，可以广泛应用于各类高精度测量领域，相对于ADC，AFE的集成度更高、功能更强大，一般与MCU共同使用。

AFE 芯片的运行原理可以分为以下几个步骤：

1、采样：

AFE 芯片通过内置的 ADC（模数转换器）将传感器采集到的模拟信号转换成数字信号。ADC 采用的采样率越高，转换的数字信号精度就越高。

2、滤波：

由于传感器采集到的模拟信号中可能包含一些不必要的噪声和干扰，AFE 芯片会通过内置的滤波器对数字信号进行滤波处理，以提高数字信号的信噪比。

3、放大：

AFE 芯片还可以对数字信号进行放大处理，以提高数字信号的灵敏度和分辨率。

4、数字处理：

经过上述处理后，AFE 芯片将数字信号发送到处理器进行数字信号处理。处理器可以对数字信号进行各种算法处理，例如滤波、FFT（快速傅里叶变换）、信号分析等。

5、输出：

处理后的数字信号可以通过多种方式进行输出，例如串口输出、并口输出、以太网输出等。

影响AFE采样精度的因素有哪些？ 

AFE（Analog Front End） 是模拟前端电路的缩写，它是模拟信号传感器和数字信号处理器之间的连接点。AFE采样精度是指模拟信号被数字化后的准确度，对于很多电子设备来说，这是一个至关重要的性能指标。本文将介绍影响AFE采样精度的因素，并提供一些解决方法。

1. 噪声

噪声是指信号中不必要的杂波，它会影响到信号的准确度。在AFE采集信号时，由于环境因素、电路自身等原因会产生噪声，因此要减少噪声对信号的影响，可以通过加大采样精度、提高信噪比、优化系统抗干扰性等方法。

2. 采样频率

采样频率是指采集模拟信号的时钟频率。采样频率越高，能够采集的信号波形越接近原始信号，因此采样频率对于AFE采样精度具有重要影响。不过，过高的采样频率也会导致处理器负担过大，因此需要在保证精度的前提下，找到一个合适的采样频率。

3. 放大器增益

AFE中的放大器是起到增强信号的作用。然而，过高或过低的放大器增益都会影响到AFE采样精度。如果增益过高，会导致信号饱和，无法提高采样精度；如果增益过低，信号则无法被充分放大，同样也无法提高采样精度。因此，需要在实际应用中调节放大器增益，以获得更好的采样精度。

4. 电源噪声

电源噪声是指电源本身的噪声，它可能会影响到AFE中的放大器和其他电路。在实际应用中，可以采用电源隔离、电源降噪、电源滤波等方法来降低电源噪声对AFE采样精度的影响。

5. 传输线路

AFE采集的信号需要通过传输线路传输到数字处理器进行处理。在传输过程中，信号可能会受到干扰或信号衰减，从而影响到采样精度。因此，在实际应用中，可以采用屏蔽线、平衡线、差分线等方法来减少传输线路对AFE采样精度的影响。

6. 温度

温度对AFE采样精度也有很大的影响。在不同的温度下，电路元件的特性会发生变化，这会直接影响到采样精度。因此，在实际应用中，需要对AFE进行温度补偿，以保证在不同温度下获得一致的采样精度。

7. ADC分辨率

ADC（Analog to Digital Converter）是将模拟信号转换成数字信号的核心器件。ADC的分辨率决定了数字信号的准确度，因此也会影响到AFE采样精度。一般来说，ADC的分辨率越高，能够采集到的信号细节就越多，采样精度也就越高。

8. 信号类型

不同的信号类型对于AFE采样精度也有很大的影响。例如，正弦波信号的采样精度要比方波信号高，因为正弦波信号的频谱比方波信号更加平滑，不会产生高频成分。因此，在实际应用中，需要根据信号类型来选择合适的AFE参数，以获得最佳的采样精度。

9. 器件匹配

AFE中的各个电路元件需要相互匹配，以保证电路的准确度和稳定性。如果各个元件的参数不匹配，会导致信号偏移、失真等问题，从而影响到采样精度。因此，在实际应用中，需要进行器件匹配和校准，以保证AFE的准确度和稳定性。

总结

AFE采样精度的影响因素非常多，需要综合考虑各种因素，并根据实际应用场景来选择合适的参数和方法。通过减少噪声、提高采样频率、调节放大器增益、降低电源噪声、优化传输线路、进行温度补偿、选择合适的ADC分辨率、根据信号类型选择合适的AFE参数、进行器件匹配和校准等方法，可以提高AFE的采样精度，从而更好地满足各种应用需求。

————————————————

版权声明：本文为CSDN博主「czf.Forver」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。

原文链接：https://blog.csdn.net/weixin_45459486/article/details/129082406

AFE（Analog Front End） 模拟前端主要功能

 

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。

邻频传输系统的模拟前端构成

卫星接收机将收到的信号以视、音频方式输出到调制器，调制到VHF、UHF或增补频道的某一设定频道，然后送入混合器。自办节目也输入到调制器进行调制。调制器的工作原理与模拟地面广播相同，先将视音频信号调制到中频，经过中频处理后再上变频到射频。地面VHF和UHF信号由天线接收后要经带通滤波器将带外信号滤除干净，然后进入信号处理器将频率变换到设定频道。频率变换的过程是先将信号下变频到中频，进行中频处理之后上变频到所需频率。调频广播信号经过带通滤波后送入FM信号处理器进行相应处理，然后送入混合器。导频信号发生器用于产生导频信号。在使用同轴电缆传输的传统有线电视系统中，信号的衰减量和幅频特性的斜率会随着温度的变化而变化。为了保持输出信号电平稳定，必须在干线放大器中进行自动增益控制（AGC）和自动斜率控制（ASC），以补偿温度变化的影响。为了给AGC和ASC电路提供参考信号，在有线电视前端专门产生一到二个固定频率的载波信号，此载波信号就是所谓的导频信号。导频信号同电视信号一起进入到干线传输系统，通过干线放大器放大，然后在放大器输出端被提取出来，经处理后对放大器增益特性和均衡特性进行自动控制，从而保证输出电平稳定。

模拟前端 AFE包括所有和线圈相连的电路，提供卡片所需的电能，并且处理与读卡器之间的双向数据。

模拟前端(AFE)行业目前现状分析

1.美国和欧洲企业，占据主导地位

目前全球AFE市场，美国和欧洲企业占据主导地位。核心厂商包括美国TI、ADI和Microchip Technology，欧洲意法半导体和恩智浦等。

2.亚洲企业整体处于弱势地位

亚洲企业，日本厂商处于领先地位，代表性企业有瑞萨、罗姆和AKM。中国台湾和中国大陆也有一些厂商，不过进入市场时间、总体规模较弱，目前在低端领域扮演一定角色。

模拟前端(AFE)发展趋势

1. 未来几年，预计美国企业，依然处于主导地位，由于极强的研发创新能力，以及现有的市场地位。

2. 中国本土企业，将迎来快速发展。这个主要得益于美国对中国科技发展限制背景下，进口替代所推动。

3.未来几年，预计面向可穿戴医疗、消费等领域AFE将保持快速增长。

模拟前端(AFE)行业发展机遇及主要驱动因素

1.便携式医疗健康产品需求大

便携医疗健康设备三大痛点：

一是设备还不够轻便，二是测量还不够精准，三是续航时间短。当然，随着技术不断进步，便携医疗健康设备在这三点上进步很快，因而也促进了便携医疗健康设备的市场发展。

ADI公司预计，随着慢性病治疗方案的改进，采用电子设备来对病人进行预测、预防性监测的需求将越来越多，通过预防性监测对慢性病实施精细化管理，将有效降低病人医护负担，减少致命性风险，降低住院治疗比例，既维护了慢性病患者的身体健康，又降低了慢性病患者的经济负担。2021年，ADI公司推出两款主要面向医疗健康设备的模拟芯片，为进一步改善便携医疗设备痛点，提供了更优选择方案。

其中，MAX86178是一款多合一功能的医疗专用模拟前端（AFE）芯片，集成三种生命体征测量系统，单芯片可实现四项生命体征信号测量的模拟前端通道。MAX77659用途更广，这是一款单电感多输出（SIMO）电源管理芯片（PMIC），利用单电感即可以为设备提供多个供电电压，与常见可穿戴方案相比，采用MAX77659的方案，尺寸减少60%，元件数量（BOM）减少60%。

MAX86178集成了三个完整的测量系统（光学、心电和生物阻抗），均能提供可应用于临床诊断的测量精度。其中ECG心电测量通道，符合IEC60601-2-47标准，提供医疗用心电图测量，可用于房颤检测和心脏健康监测，还支持心率和心率失常检测。光电测量通道PPG可提供临床级血氧饱和度参数（SpO2）测量，该参数可用于监测肺功能，或睡眠障碍诊疗，此外PPG也可以用于测量心率，该通道采用突发模式时，信噪比高达113dB。第三个测量系统是生物阻抗测量通道，可支持阻抗心动描记法（ICG）、生物电阻抗分析法（BIA）、生物阻抗谱（BIS）、皮电反应（GSR/EDA）等测量项目。

2.新能源汽车需求驱动

据中国汽车工业协会的数据显示，每辆传统内燃机汽车需要500-600&＃160;颗芯片，而到了新能源汽车时代，单车芯片用量升至1000-2000颗。同时随着新能源汽车的起量，对于半导体芯片的需求与日俱增。

目前新能源车BMS产品中多采用集连多颗AFE芯片（不包含采样电路）的方式。据我们调研，2017年，单车使用AFE数量在10-12颗左右，2022年在12-15颗之间，预计2028年对AFE的使用在15-18颗。2021年全球新能源汽车产量为640万辆，按每辆车需求12.5颗AFE芯片计算，2021年全球新能源汽车对AFE芯片需求量为8400万颗，预计2022-2028年，新能源汽车AFE芯片需求年复合增长率为35.6%。这将极大驱动全球AFE的快速增长。

3.中国市场需求

目前中国占据全球新能源汽车重要地位，中国市场的需求，将极大驱动全球AFE市场。

在日常生活中，我们的耳朵、眼睛和其他感官接收的信号都是模拟信号。要把这些信号变得更易处理和传输，我们需要一个“魔法棒”来将它们变成数字信号。AFE（Analog Front End，模拟前端）芯片就像那位忍不住露一手的魔法师，悄悄地将周围环境的神秘模拟信号预先加工，再化成可供微处理器享用的数字美食。接下来的文章里，颖特新就带您领略这位神奇电子元件的魅力所在，详细介绍AFE芯片的应用领域和如何施展魔法。

AFE芯片

一、AFE芯片的应用领域

AFE芯片广泛应用于各种设备和行业，以下列举几个典型领域：

1.医疗设备：如心电图机、血压仪等，能够快速、准确地获取患者生体信号。

2.工业自动化：如温度控制器、压力检测器等，实时监测生产过程中的关键参数。

3.通信系统：例如基站接收器，接收和处理射频信号，保证通信质量。

4.消费电子产品：如智能手机、平板电脑等，提升音视频性能和触控响应速度。

二、AFE芯片的核心功能

AFE芯片主要负责以下几个关键功能：

A. 放大（Amplification）

许多模拟信号具有较低的幅值，需要通过放大器进行放大以便后续处理。这里涉及到选取合适的增益（Gain），以确保信号不失真、不被噪声淹没。

B. 滤波（Filtering）

滤波器用于消除不需要的频段上的信号成分，如高频噪声、基础频率干扰等，从而获得更加纯净的目标信号。

C. 采样和量化（Sampling and Quantization）

ADC（Analog-to-Digital Converter，模数转换器）负责将处理过的模拟信号抽样并转换为数字信号，以便进行存储、传输或进一步处理。

三、AFE芯片选型指南

在选择AFE芯片时，需关注以下几个关键因素：

1.输入信号类型：根据应用场景确定输入信号类型（如电压、电流、射频等），选择对应的AFE芯片。

2.动态范围与信噪比：动态范围越大，表示AFE芯片可以处理更广泛幅值的信号；信噪比越高，表示芯片对输入信号的保真度越好。

四、AFE芯片应用案例

为了帮助您更好地理解AFE芯片的实际应用，以下是一些典型的案例：

1.心电图机：通过模拟前端放大和处理微弱的心电信号，使其能够被后续系统识别和分析。

2.智能手机：提高音频信号的质量，降低背景噪声，打造更清晰的通话体验。

3.工业传感器：将温度、压力等物理量转换为数字信号，实现实时监测和控制。

结论

AFE芯片在众多应用中发挥着至关重要的作用，它们使我们能够轻松地从模拟世界中提取和处理有用信息，妥善地将这些信号转换为数字形式。通过深入了解AFE芯片的应用领域、核心功能以及选型指南，您将更加自信地挑选出适用于各种应用场景的优质产品。

随着科技的迅速发展，AFE芯片在各个行业中变得越来越关键。从医疗健康到通信设备，再到智能家居与工业自动化，AFE芯片都在默默支撑着现代生活的方方面面。掌握AFE芯片的选购技巧，让我们共同为未来的创新和进步贡献力量。