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Dieser Abschnitt bietet einen Überblick über Analog-Front-Ends (AFEs) sowie ihre Anwendungen und Funktionsweisen. Werfen Sie auch einen Blick auf die Liste der 1 Hersteller von Analog-Front-Ends (AFEs) und deren Firmenranking.
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Ein Analog-Front-End ist ein Satz analoger Schaltungen, der ein Gerät, das Signale erfasst, wie z. B. einen Sensor, mit einem Gerät verbindet, das digitale Signale verarbeitet.
Es wird manchmal auch als AFE bezeichnet, abgeleitet vom Akronym Analog Front End. Da die Hauptaufgabe eines Analog-Front-Ends darin besteht, die von Sensoren ausgegebenen analogen Signale anzupassen, um sie mit digitalen Schaltungen zu verbinden, wird es manchmal auch als Signalaufbereitungsschaltung bezeichnet.
Analoge Signale, die von Sensoren und anderen Geräten erfasst werden, sind oft sehr schwach und enthalten viele Rauschkomponenten, sodass es notwendig ist, diese analogen Signale durch Entfernen von Rauschen und Verstärken anzupassen.
Analog-Front-Ends werden zur Steuerung verschiedener Sensormodule verwendet.
Die aktuelle Ära wird oft als IoT-Ära bezeichnet. Unter den vielen Sensormodulen spielen die IoT-Sensormodule eine wichtige Rolle in der IoT-Ära. Die grundlegende Systemstruktur besteht darin, dass physikalische Phänomene mit Hilfe von Sensoren als analoge Werte erfasst, in digitale Signale umgewandelt, von einem Mikrocontroller digital verarbeitet und dann über einen drahtlosen Kommunikationschip in die Cloud hochgeladen werden.
In dieser Konfiguration spielt das analoge Frontend zusammen mit den Sensoren und dem drahtlosen Kommunikationschip eine wichtige Rolle: Um die Leistung des IoT-Sensormoduls zu verbessern, muss das AFE entsprechend gestaltet werden, um die digitale Verarbeitung zu ermöglichen und gleichzeitig so viel wie möglich von den Eigenschaften des Sensors zu extrahieren.
Das Prinzip des Analog-Front-Ends liegt in den verschiedenen Schaltungsinnovationen, die die analogen Informationen der Sensorausgangswerte mit den digitalen Schaltkreisen genau verbinden. Da die Sensorausgänge im Allgemeinen verrauscht und die Signale selbst schwach sind, ist es notwendig, Filter und Verstärker zur Rauschunterdrückung und Signalverstärkung einzusetzen. Die erforderlichen Schaltungen sind in das AFE integriert und dann mit einem A/D-Wandler zur Umwandlung analoger Signale in digitale Werte verbunden.
A/D-Wandler sind in der Regel vom Typ Delta-Sigma-Modulation. ie Schaltungsskala beträgt in der Regel 16 bis 32 Bit, abhängig von der zu verarbeitenden Datenmenge. Zu den Verstärkerschaltungen gehören Instrumentenverstärker, Operationsverstärker und Transimpedanzverstärker, die über mehrere Schaltfunktionen und Verstärkungseinstellfunktionen verfügen, um ein breites Spektrum von Sensorsignalen einzustellen.
Das AFE selbst muss mit digitalen Schaltungen für die Steuerung der seriellen Kommunikation, z. B. SPI, arbeiten und ist daher ebenfalls mit digitalen Schaltungen für serielle Schnittstellen ausgestattet.
Halbleiterchips sind oft sehr leistungsfähig, und Analog-Front-Ends reichen von diskreten Produkten mit einem hohen Freiheitsgrad bis zu integrierten Produkten mit vielen Funktionen. Mehrere integrierte Funktionen sind relativ einfach zu verwenden.
Viele hochintegrierte Analog-Front-End-Chips mit hoher Funktionalität sind inzwischen auf dem Markt erhältlich, z. B. Analog-Front-Ends, die in Drucksensoren, Temperatursensoren usw. integriert sind. Verstärker, A/D-Wandler und andere Komponenten sind in einem einzigen Chip integriert, der auch über Funktionen verfügt, mit denen die Eigenschaften des AFE-Teils und der Stromquelle an die Eigenschaften des Sensorelements angepasst werden können. Der Grund dafür ist, dass Sensorelemente in der Regel je nach Temperatur und Intensität verschiedene Leistungsschwankungen aufweisen. Die Kompensationsfunktion ist ebenfalls ein sehr wichtiges Merkmal für AFE.
Analog-Front-Ends (AFEs) für optische Sensoren gibt es in einer Vielzahl von Varianten, darunter solche, die mit optischen Elementen integriert und als Paket erhältlich sind, sowie solche, die keine optischen Elemente enthalten und nur AFE-Funktionen bieten, sodass der Benutzer die anzuschließenden optischen Elemente frei wählen kann.
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