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1 引言 1992年美國Lattice 公司發明了在系統可編程技術(In-System Programmability)， 徹底改變了傳統數字電子系統的設計和實現方法，開創了數字系統設計的里程碑。1999 年Lattice 公司又推出在系統可編程模擬電路(Programmability Programmable Analog Circuits)，翻開了模擬電路設計方法的新篇章，為電子設計自動化(EDA)技術的應用開拓了更廣闊的前景。 與數字的在系統可編程大規模集成電路(ispLSI)一樣，在系統可編程模擬器件 允許設計者使用開發軟件在計算機中設計、 修改模擬電路，進行電路特性模擬， 最后通過編程電纜將設計方案下載至芯片中。當時僅推出了 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可編程器件的種類。本文僅就 ispPAC30的特點及應用作一介紹。 支持ispPAC30 的開發軟件為 PAC Designer1.3，對計算機的軟、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，可模擬觀測電路的幅頻和相頻特性。 2 器件的基本組成 ispPAC30主要由4個輸入儀表放大器、2個輸出放大器、2個可調的衰減D/A轉換器(MDAC)、I/O布線池、求和布線池、配置存儲器、2.5V參考電壓和自校準等幾部分組成，見圖1。它有24腳 SOIC和28腳PDIP兩種封裝形式，有關引腳說明見表1。 3 器件的特點 ispPAC30 提供可編程、 多個單端或差分輸入 方式，能設置精確的增益，具有補償調整、濾 波和比較功能。除了E2CMOS或E2配置存儲器外，它最主要的特性是能夠通過SPI對器件進行實時動態重構。設計者可以無數次改變和重構ispPAC30， 用于放大器增益控制或其他需要動態改變電路參數的場合。 3.1 輸入單元 任何輸入引腳都可聯接至四個輸入儀表放大器(IA)、兩個二選一選擇器、MDAC或者聯接到它們的組合。 輸出放大器可以聯接至所有輸入單元。 因此， ispPAC30具有很大的靈活性，能方便地構成信號求和、級聯增益塊、復雜反饋電路等。直接接至輸入引腳的輸入信號范圍為 0～2.8V。 當輸入信號為TTL電平時可采用圖2 所示的連接。 使 用差分輸入時，信號可以是任意極性，只要最終 輸出放大器的輸出不低于0V。采用單端輸入時， 把引腳Vin接地，IspPAC30的這種差分結構有利于消除共模干擾。四個輸入放大器中的兩個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 內部參考電壓 器件中含有兩個獨立的參考電壓V REF1和VREF2，用以向四個輸入儀表放大器和兩個MDAC 提供固定的參考電壓。每個VREF有7種不同的電平，并可獨立編程。表2列出當VREF加至MDAC 的輸入時，二進制加權值對應于最低有效位(LSB) 的關系。 3.3 MDAC 器件中有兩個8 位的MDAC， 它接受參考輸入信號：外部信號、內部信號、固定的直流電壓(如內部的VREF)。MDAC 的功能是用一個值乘以(實際上是衰減)輸入信號，這個值對應于DAC設置的碼，使輸出為輸入信號的100％降至1LSB。它可提供分數增益、精確增益設置能力，與內部的 VREF 組合起來能提供精密的直流源。例如，輸入信 號加至輸入儀表放大器IA和MDAC，并組合成求和聯接。于是輸入儀表放大器的1至10的增益加上 MDAC 的分數增益就可形成 -11 至 ＋11 的任何增益，分解度大于0.01，總共可形成2500個增益值。 在實際應用時，可利用兩個參考電壓 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)，最終可達到0.5mV的分辨能力(0～2.56V)。 3.4 輸出放大器 ispPAC30 有兩個輸出放大器(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部聯接至輸出引腳。 輸出可以聯接至任意一個輸入儀表放大器 IA 或 MDAC 的輸入。 每個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。此時電流消耗僅有幾微安，其模擬部分處于關閉狀態，邏輯部分處于激活狀態，模擬輸出為高阻狀態。除了整個器件可置為斷電模式外，兩個輸出放大器可分別單獨置為斷電模式。 4 開發環境及應用 Lattice公司提供的PAC-Designer1.3軟件，支持器件ispPAC30。其設計界面十分友好，用戶可在用戶圖形界面GUI的原理圖上進行設計輸入，易學易用，還可在仿真窗口進行模擬仿真，設計者可同時查看最多4個輸入輸出組合的幅頻、相頻特性，并可用十字光標直接讀取相應的增益和相位，使設計者可以確認設計是否符合設計要求。一旦設計被確認后，便可通過一條連結在PC機并行口與ispPAC30串行編程口之間的下載電纜將設計結果下載到器件中。連結接口符合IEEE1149.JTAG標準。 ispPAC30器件的上述特點，決定了它的廣泛應用范圍：精確的增益可編程放大器；可編程模擬信號控制環；A/D轉換器模擬前端；可配置自適應信號控制。圖4是ispPAC30的一個應用舉例，它可獲得微控制器所需的數字信號，并可實現閉環控制。 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ispPAC81五種在系統可編程模擬器件。ispPAC10 的差分輸入輸出結構及高增益性能，使它非常適合儀器、儀表測量；ispPAC20比ispPAC10少了兩個PAC塊，增加了一個8位DAC和兩個差分可編程比較器，所以，它的增益可調范圍比ispPAC10 小，但它可接收8位數字信號并將其轉換為模擬信號；ispPAC80器件可使濾波器工作在很小的容差范圍內，可用于實現五階、連續時間、低通模擬濾波器。與ispPAC80器件極為相似的ispPAC81器件可實現更低頻率(10～75kHz)的濾波器。 模擬電路的在系統可編程技術允許設計者使用開發軟件在計算機中設計、修改模擬電路，并可通過編程電纜將設計方案下載到可編程模擬器件中，從而可加快設計進程，提高設計的準確性。 |
