摘  要: 主要介绍了在系统可编程" title="可编程">可编程器件ispPAC80的结构与特点、封装与管脚及其开发环境,并给出一个ispPAC80应用的例子,最后还对ispPAC系列器件进行了比较。

　　关键词: 在系统可编程(ISP) 差分" title="差分">差分I/O  滤波器  模拟

　　1992年美国Lattice半导体公司发明了在系统可编程技术(In-System Programmability)，彻底改变了传统数字电子系统的设计和实现方法,开创了数字系统设计的里程碑。1999年11月,美国Lattice公司又推出了在系统可编程模拟电路" title="模拟电路">模拟电路(ispPAC：In-System Programmable Analog Circuits),翻开了模拟电路设计方法的新篇章。与数字在系统可编程大规模集成电路一样,在系统可编程模拟器件" title="模拟器件">模拟器件允许设计者使用开发软件在计算机中设计、修改模拟电路,进行电路特性模拟,最后通过编程电缆将设计方案下载到芯片中。目前已经推出的在系统可编程模拟器件有三种:ispPAC10、ispPAC20和 ispPAC80。本文主要介绍ispPAC80器件及其应用。

1 ispPAC80结构与特性

　　ispPAC80器件包括一个增益为1、2、5或10可选的差分输入仪表放大器IA、一个差分输出求和放大器OA、5阶低通滤波器、两个非易失性在系统配置存储器、ISP接口、参考电压及自校正电路,如图1所示。

　　ispPAC80中所包含的5阶连续时间低通滤波器如图2所示。改变它的电容、电阻值便可得到具有不同幅频特性和相频特性的滤波器。这些值的改变有两种途径:①设计者自行设定;②设计者对滤波器性能(截止频率" title="截止频率">截止频率、滤波器类型等)提出要求,由应用软件计算出所需的参数值。通常采取第二种途经。这些值及放大器增益等信息均被直接存储在芯片上的非易失E2CMOS存储器,并且设计者可以保存两种配置,因此在修改模拟电路时无需变动外部元件。

　　ispPAC80的主要性能特点如下:

　　①精密有源滤波(50kHz～750kHz);

　　②双配置存储器使得用户可以在不对电路板做任何改动的情况下,完成两个完全不同的滤波器设计;

　　③所有的配置参数均存储在非易失E²CMOS存储器中;

　　④在系统可编程模拟电路;

　　⑤电路增益可以通过编程的方法改变,增益范围为0dB～20dB;

　　⑥可实现多种形式的滤波器设计:Chebyshev、Butterworth、Gaussian、Bessel等;

　　⑦真正的差分I/O,输入阻抗为109Ω,共模抑制比为58dB;

　　⑧失真低,总谐波失真THD<-74dB;

　　⑨系统包含大约3000个独立的电容器,相当于7个分辨率为9~12位的可编程电容器,因此设计精度非常高;

　　⑩单电源+5V供电,内部可提供2.5V共模参考电压。

2 ispPAC80的封装与引脚

　　ispPAC80采用16脚塑封PDIP或SOIC封装,如图3所示。各引脚说明如表1所示。

　　ispPAC80的型号说明规则如图4所示。

3 ispPAC80的开发环境

　　Lattice半导体公司提供的基于Windows系统的PAC-Designer软件设计工具,具有非常友好的设计界面,且易学易用。用户可在用户图形界面GUI的原理图上或在滤波器表的输入项里描述属性或参数,然后在仿真窗口仿真滤波器的特性。在此仿真窗口中,设计者可同时查看至多4个输入输出的组合的增益和相位波形,且可用十字光标直接读取任意的增益和相位。一旦设计属性被确认,便可通过一条连接在PC机并口与ispPAC80串行编程口之间的下载电缆将其下载到ispPAC80器件中。连接接口符合IEEE 1149.1 JTAG标准。

4 应用举例

　　在一个实际的电子系统中,它的输入信号往往因干扰等而含有一些不必要的成分,应当把它衰减到足够小的程度;在一些场合,需要的信号却和别的信号混在一起,应当设法把前者挑选出来。上述问题均可利用ispPAC80来解决。图5所示电路是ispPAC80器件的一个典型应用,其功能就是先通过ispPAC80滤除有用信号中所含的干扰成分,再对其进行A/D转换。

5 ispPAC系列器件比较

　　Lattice公司推出的三种在系统可编程模拟器件分别是ispPAC10、ispPAC20和ispPAC80。ispPAC10的输入、输出全差分结构及高增益性能(0～80dB),使得它非常适合仪器、仪表测量;ispPAC20比ispPAC10少了两个PAC块,增加了两个可编程双差分比较器和一个8位的D/A转换器,所以ispPAC20的增益可调范围比ispPAC10小,只有0～40dB。但它却可以接受8位的数字信号并将其转换为模拟信号,此模拟信号的输出也是完全差分形式,可以与器件内部的比较器或仪用放大器相连,也可以直接输出;ispPAC80器件则主要集中在滤波器的应用上,它使滤波器可以工作在很小的容差范围内。虽然使用ispPAC10或ispPAC20也可以进行滤波器的设计,但其精度和工作频率范围都不及ispPAC80。例如ispPAC10有4个PAC块,最多可实现4阶滤波器,并且只能是截止频率在17kHz～100kHz之间的Butterworth或Chebyshev滤波器;而ispPAC80的截止频率却可以高达500kHz。

　　由于isp技术可以在器件被焊接在电路板上的情况下对系统编程或重构,因而当需要改变设计时,无需改动元器件或印制板,只需通过Lattice的开发系统软件在数分钟内即可完成。可见利用isp技术设计系统时,虽然设计的是硬件,却像软件一样方便,这就缩短了设计试制的周期,降低了试制成本,省去了编程器等设备和器件插拔的手续,是一种全新的设计方法。因此,IspPAC器件的出现必将使电子系统设计、生产、维护及更新诸环节发生革命性的变化。

参考文献

1 黄正瑾.系统编程技术及其应用.东南大学出版社,1999

2 ispPAC Handbook. Lattice Semiconductor Corporation， 2000(3)