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1 引言 1992年美國Lattice 公司發(fā)明了在系統(tǒng)可編程技術(shù)(In-System Programmability)， 徹底改變了傳統(tǒng)數(shù)字電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法，開創(chuàng)了數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的里程碑。1999 年Lattice 公司又推出在系統(tǒng)可編程模擬電路(Programmability Programmable Analog Circuits)，翻開了模擬電路設(shè)計(jì)方法的新篇章，為電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)技術(shù)的應(yīng)用開拓了更廣闊的前景。 與數(shù)字的在系統(tǒng)可編程大規(guī)模集成電路(ispLSI)一樣，在系統(tǒng)可編程模擬器件 允許設(shè)計(jì)者使用開發(fā)軟件在計(jì)算機(jī)中設(shè)計(jì)、 修改模擬電路，進(jìn)行電路特性模擬， 最后通過編程電纜將設(shè)計(jì)方案下載至芯片中。當(dāng)時(shí)僅推出了 ispPAC10、ispPAC20 兩種器件，隨后于2001年又推出了ispPAC80。2002年年初Lattice 公司又推出了兩種新器件ispPAC30和ispPAC81，極大地豐富了在系統(tǒng)可編程器件的種類。本文僅就 ispPAC30的特點(diǎn)及應(yīng)用作一介紹。 支持ispPAC30 的開發(fā)軟件為 PAC Designer1.3，對(duì)計(jì)算機(jī)的軟、硬件配置要求為：Windows 95/98/ NT，16MB RAM，10MB硬盤，Pentium CPU。軟件支持原理圖輸入方式，可模擬觀測(cè)電路的幅頻和相頻特性。 2 器件的基本組成 ispPAC30主要由4個(gè)輸入儀表放大器、2個(gè)輸出放大器、2個(gè)可調(diào)的衰減D/A轉(zhuǎn)換器(MDAC)、I/O布線池、求和布線池、配置存儲(chǔ)器、2.5V參考電壓和自校準(zhǔn)等幾部分組成，見圖1。它有24腳 SOIC和28腳PDIP兩種封裝形式，有關(guān)引腳說明見表1。 3 器件的特點(diǎn) ispPAC30 提供可編程、 多個(gè)單端或差分輸入 方式，能設(shè)置精確的增益，具有補(bǔ)償調(diào)整、濾 波和比較功能。除了E2CMOS或E2配置存儲(chǔ)器外，它最主要的特性是能夠通過SPI對(duì)器件進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)重構(gòu)。設(shè)計(jì)者可以無數(shù)次改變和重構(gòu)ispPAC30， 用于放大器增益控制或其他需要?jiǎng)討B(tài)改變電路參數(shù)的場(chǎng)合。 3.1 輸入單元 任何輸入引腳都可聯(lián)接至四個(gè)輸入儀表放大器(IA)、兩個(gè)二選一選擇器、MDAC或者聯(lián)接到它們的組合。 輸出放大器可以聯(lián)接至所有輸入單元。 因此， ispPAC30具有很大的靈活性，能方便地構(gòu)成信號(hào)求和、級(jí)聯(lián)增益塊、復(fù)雜反饋電路等。直接接至輸入引腳的輸入信號(hào)范圍為 0～2.8V。 當(dāng)輸入信號(hào)為TTL電平時(shí)可采用圖2 所示的連接。 使 用差分輸入時(shí)，信號(hào)可以是任意極性，只要最終 輸出放大器的輸出不低于0V。采用單端輸入時(shí)， 把引腳Vin接地，IspPAC30的這種差分結(jié)構(gòu)有利于消除共模干擾。四個(gè)輸入放大器中的兩個(gè)前端帶有二選一選擇器 。IA1，IA4的輸入通道分別由外部 引腳 MSEL1和MSEL2 來控制。 3.2 內(nèi)部參考電壓 器件中含有兩個(gè)獨(dú)立的參考電壓V REF1和VREF2，用以向四個(gè)輸入儀表放大器和兩個(gè)MDAC 提供固定的參考電壓。每個(gè)VREF有7種不同的電平，并可獨(dú)立編程。表2列出當(dāng)VREF加至MDAC 的輸入時(shí)，二進(jìn)制加權(quán)值對(duì)應(yīng)于最低有效位(LSB) 的關(guān)系。 3.3 MDAC 器件中有兩個(gè)8 位的MDAC， 它接受參考輸入信號(hào)：外部信號(hào)、內(nèi)部信號(hào)、固定的直流電壓(如內(nèi)部的VREF)。MDAC 的功能是用一個(gè)值乘以(實(shí)際上是衰減)輸入信號(hào)，這個(gè)值對(duì)應(yīng)于DAC設(shè)置的碼，使輸出為輸入信號(hào)的100％降至1LSB。它可提供分?jǐn)?shù)增益、精確增益設(shè)置能力，與內(nèi)部的 VREF 組合起來能提供精密的直流源。例如，輸入信 號(hào)加至輸入儀表放大器IA和MDAC，并組合成求和聯(lián)接。于是輸入儀表放大器的1至10的增益加上 MDAC 的分?jǐn)?shù)增益就可形成 -11 至 ＋11 的任何增益，分解度大于0.01，總共可形成2500個(gè)增益值。 在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可利用兩個(gè)參考電壓 VREF1、VREF2和 MDAC來提高分辨能力。圖3例子中,VREF1 和MDAC1提供19.5mV的分辨能力(0～2.5V)，V REF2和MDAC2提供0.5mV的分辨能力(+/-64mV)，最終可達(dá)到0.5mV的分辨能力(0～2.56V)。 3.4 輸出放大器 ispPAC30 有兩個(gè)輸出放大器(OA)。放大器的輸出范圍從0～5V。 輸出放大器的輸出端已在器件內(nèi)部聯(lián)接至輸出引腳。 輸出可以聯(lián)接至任意一個(gè)輸入儀表放大器 IA 或 MDAC 的輸入。 每個(gè)OA都可配置成全帶寬放大器、 低通濾波器、積分電路或者比較器。 3.5 斷電模式 可通過將置為低電平，ispPAC30工作在斷電模式。此時(shí)電流消耗僅有幾微安，其模擬部分處于關(guān)閉狀態(tài)，邏輯部分處于激活狀態(tài)，模擬輸出為高阻狀態(tài)。除了整個(gè)器件可置為斷電模式外，兩個(gè)輸出放大器可分別單獨(dú)置為斷電模式。 4 開發(fā)環(huán)境及應(yīng)用 Lattice公司提供的PAC-Designer1.3軟件，支持器件ispPAC30。其設(shè)計(jì)界面十分友好，用戶可在用戶圖形界面GUI的原理圖上進(jìn)行設(shè)計(jì)輸入，易學(xué)易用，還可在仿真窗口進(jìn)行模擬仿真，設(shè)計(jì)者可同時(shí)查看最多4個(gè)輸入輸出組合的幅頻、相頻特性，并可用十字光標(biāo)直接讀取相應(yīng)的增益和相位，使設(shè)計(jì)者可以確認(rèn)設(shè)計(jì)是否符合設(shè)計(jì)要求。一旦設(shè)計(jì)被確認(rèn)后，便可通過一條連結(jié)在PC機(jī)并行口與ispPAC30串行編程口之間的下載電纜將設(shè)計(jì)結(jié)果下載到器件中。連結(jié)接口符合IEEE1149.JTAG標(biāo)準(zhǔn)。 ispPAC30器件的上述特點(diǎn)，決定了它的廣泛應(yīng)用范圍：精確的增益可編程放大器；可編程模擬信號(hào)控制環(huán)；A/D轉(zhuǎn)換器模擬前端；可配置自適應(yīng)信號(hào)控制。圖4是ispPAC30的一個(gè)應(yīng)用舉例，它可獲得微控制器所需的數(shù)字信號(hào)，并可實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。 5 ispPAC系列器件比較 到目前為止，Lattice公司共推出了isp- PAC10、ispPAC20、ispPAC30、ispPAC80和ispPAC81五種在系統(tǒng)可編程模擬器件。ispPAC10 的差分輸入輸出結(jié)構(gòu)及高增益性能，使它非常適合儀器、儀表測(cè)量；ispPAC20比ispPAC10少了兩個(gè)PAC塊，增加了一個(gè)8位DAC和兩個(gè)差分可編程比較器，所以，它的增益可調(diào)范圍比ispPAC10 小，但它可接收8位數(shù)字信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)；ispPAC80器件可使濾波器工作在很小的容差范圍內(nèi)，可用于實(shí)現(xiàn)五階、連續(xù)時(shí)間、低通模擬濾波器。與ispPAC80器件極為相似的ispPAC81器件可實(shí)現(xiàn)更低頻率(10～75kHz)的濾波器。 模擬電路的在系統(tǒng)可編程技術(shù)允許設(shè)計(jì)者使用開發(fā)軟件在計(jì)算機(jī)中設(shè)計(jì)、修改模擬電路，并可通過編程電纜將設(shè)計(jì)方案下載到可編程模擬器件中，從而可加快設(shè)計(jì)進(jìn)程，提高設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。 |
