¿Qué es un Front End Analógico (AFE)?
Un front end analógico es un conjunto de circuitos analógicos que conecta un dispositivo que detecta señales, como un sensor, a un dispositivo que procesa señales digitales.
A veces se denomina AFE, del acrónimo de Analog Front End. Como la función principal de un Front End Analógico es ajustar las señales analógicas emitidas por los sensores para conectarlas a circuitos digitales, a veces también se denomina circuito acondicionador de señales.
Las señales analógicas detectadas por sensores y otros dispositivos suelen ser muy débiles y contener muchos componentes de ruido, por lo que es necesario ajustar estas señales analógicas eliminando el ruido y amplificándolas.
Usos de los Front End Analógicos (AFE)
Los front-ends analógicos se utilizan para controlar diversos módulos sensores.
La era actual se conoce a menudo como la era IoT, y entre los muchos módulos de sensores, los módulos de sensores IoT desempeñan un papel importante en la era IoT. La estructura básica del sistema es que los fenómenos físicos se detectan mediante sensores como valores analógicos, se convierten en señales digitales, se procesan digitalmente mediante un microcontrolador y, a continuación, se cargan en la nube mediante un chip de comunicación inalámbrica.
En esta configuración, el Front End Analógico desempeña un papel importante junto con los sensores y el chip de comunicación inalámbrica: para mejorar el rendimiento del módulo sensor IoT, el AFE debe diseñarse adecuadamente para permitir el procesamiento digital al tiempo que se extrae el máximo posible de las características del sensor.
Principio del Front End Analógico (AFE)
El principio del Front End Analógico reside en las diversas innovaciones de circuito que conectan con precisión la información analógica de los valores de salida del sensor con la circuitería digital. En concreto, las salidas generales de los sensores son ruidosas y las propias señales son débiles, por lo que es necesario utilizar filtros y amplificadores para eliminar el ruido y amplificar la señal. Los circuitos necesarios se integran en el AFE y luego se integran con un convertidor A/D para convertir las señales analógicas en valores digitales.
Los convertidores A/D suelen ser del tipo de modulación delta-sigma y la escala del circuito suele ser de 16 a 32 bits, en función de la cantidad de datos que haya que manejar. Los circuitos amplificadores incluyen amplificadores de instrumentación, amplificadores operacionales y amplificadores de transimpedancia, que tienen varias funciones de conmutación y funciones de ajuste de ganancia para ajustar una amplia gama de señales de sensores.
El propio AFE debe funcionar con circuitos digitales para el control de la comunicación serie, como SPI, por lo que también está equipado con circuitos digitales para interfaces serie.
Información Adicional sobre Front End Analógicos (AFE)
Los chips semiconductores suelen ser de alto rendimiento, y los Front End analógicos abarcan desde productos discretos con un alto grado de libertad hasta productos integrados con muchas funciones. Las funciones integradas múltiples son relativamente fáciles de utilizar.
En la actualidad existen en el mercado muchos chips de front-end analógico altamente integrados y con una gran funcionalidad, como los front-end analógicos integrados en sensores de presión, de temperatura, etc. Amplificadores, convertidores A/D y otros componentes están integrados en un único chip, que también dispone de funciones que permiten ajustar las características de la sección AFE y de la fuente de corriente en función de las características del elemento sensor. Esto se debe a que los elementos sensores suelen presentar diversas variaciones de salida en función de la temperatura y la intensidad. La función de compensación también es una característica muy importante para AFE.
Los front end analógicos (AFE) para sensores ópticos están disponibles en una amplia variedad de variantes, incluyendo los que están integrados con elementos ópticos y disponibles como paquete, y los que no incluyen elementos ópticos y sólo proporcionan funciones AFE, permitiendo al usuario seleccionar libremente los elementos ópticos a conectar.