Qu’est-ce qu’un module analogique frontal ?
Un module analogique frontal est un ensemble de circuits analogiques qui relie un dispositif qui détecte des signaux, tel qu’un capteur, à un dispositif qui traite des signaux numériques.
Il est parfois appelé AFE, de l’acronyme Analog Front End, en anglais. Comme le rôle principal d’un module analogique frontal est d’ajuster les signaux analogiques émis par des capteurs afin de les connecter à des circuits numériques, il est parfois également appelé circuit de conditionnement de signaux.
Les signaux analogiques détectés par les capteurs et autres appareils sont souvent très faibles et contiennent de nombreuses composantes de bruit. Il est donc nécessaire d’ajuster ces signaux analogiques en éliminant le bruit et en les amplifiant.
Utilisations des modules analogiques frontaux
Les modules analogiques frontaux sont utilisés pour contrôler différents modules de capteurs.
L’ère actuelle est souvent appelée l’ère de l’IdO, et parmi les nombreux modules de capteurs, les modules de capteurs IdO jouent un rôle important dans notre ère. La structure de base du système est la suivante : les phénomènes physiques sont détectés à l’aide de capteurs sous forme de valeurs analogiques, convertis en signaux numériques, traités numériquement par un microcontrôleur, puis téléchargés vers le nuage à l’aide d’une puce de communication sans fil.
Dans cette configuration, le frontal analogique joue un rôle important avec les capteurs et la puce de communication sans fil : pour améliorer les performances du module de capteur IoT, l’AFE doit être conçu de manière appropriée pour permettre le traitement numérique tout en extrayant autant que possible les caractéristiques du capteur.
Principe du module analogique frontal
Le principe du module analogique frontal réside dans les diverses innovations de circuit qui relient avec précision les informations analogiques des valeurs de sortie du capteur aux circuits numériques. Plus précisément, les sorties générales des capteurs sont bruyantes et les signaux eux-mêmes sont faibles, de sorte qu’il est nécessaire d’utiliser des filtres et des amplificateurs pour éliminer le bruit et amplifier le signal. Les circuits nécessaires sont intégrés dans l’AFE, puis dans un convertisseur A/N pour convertir les signaux analogiques en valeurs numériques.
Les convertisseurs A/N sont généralement du type à modulation delta-sigma et l’échelle du circuit est généralement de 16 à 32 bits, en fonction de la quantité de données à traiter. Les circuits d’amplification comprennent des amplificateurs d’instrumentation, des amplificateurs opérationnels et des amplificateurs à transimpédance, qui ont plusieurs fonctions de commutation et de réglage du gain pour ajuster une large gamme de signaux de capteurs.
L’AFE lui-même doit fonctionner avec des circuits numériques pour le contrôle de la communication série, tels que SPI, et est donc également équipé de circuits numériques pour les interfaces série.
Autres informations sur les modules analogiques frontaux
Les puces semi-conductrices sont souvent très performantes et les frontaux analogiques vont des produits discrets avec un haut degré de liberté aux produits intégrés avec de nombreuses fonctions. Les fonctions intégrées multiples sont relativement faciles à utiliser.
De nombreuses puces frontales analogiques hautement intégrées sont désormais disponibles sur le marché avec une fonctionnalité élevée, telles que les frontales analogiques intégrées dans les capteurs de pression, les capteurs de température, etc. Les amplificateurs, les convertisseurs A/N et d’autres composants sont intégrés dans une seule puce, qui possède également des fonctions permettant d’ajuster les caractéristiques de la section AFE et de la source de courant en fonction des caractéristiques de l’élément de détection. En effet, les éléments de détection présentent généralement des variations de sortie en fonction de la température et de l’intensité. La fonction de compensation est également une caractéristique très importante de l’AFE.
Les frontaux analogiques pour capteurs optiques sont disponibles dans une grande variété de variantes, y compris ceux qui sont intégrés avec des éléments optiques et disponibles en tant que paquet, et ceux qui n’incluent pas d’éléments optiques et ont seulement une fonction AFE, permettant à l’utilisateur de choisir librement les éléments optiques à connecter.