在系统可编程模拟器件(ispPAC)

目录

第一章ispPAC简介

第二章在系统可编程模拟电路的结构与原理第一节ispPAC10的结构与原理

第二节ispPAC20的结构与原理

第三节ispPAC80的结构与原理

第三章ispPAC的接口电路

第四章ispPAC的下载接口电路

第五章PACDesigner 软件使用

第六章IspPAC的实验

第一章ispPAC简介

1992年美国Lattice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。在21世纪来临的前夕，1999年11月，Lattice 公司又推出了在系统可编程模拟电路（In-System Programmability Programmable Analog Circuits）,翻开了模拟电路设计方法的新篇章，为电子系统设计自动化（EDA）技术的应用开拓了更广阔的前景。与数字的在系统可编程大规模集成电路（ispLSI）一样，在系统可编程模拟器件允许电路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至芯片中，在系统可编程器件可实现三种功能：（1）信号调理（2）信号处理（3）信号转换。信号调理主要是能够对信号进行放大、衰减、滤波；信号处理是指对信号进行求和、求差、积分运算；信号转换是指能把数字信号转换成模拟信号。

目前已推出了三种器件：ispPAC10和ispPAC20和ispPAC80。

IspPAC的开发软件为PACDesigner,对计算机的软、硬件配置要求如下：（1）Windows 95,98,NT

（2）16MB RAM

（3）10MB 硬盘

（4）Pentium CPU

软件主要特征

（1）设计输入方式：原理图输入

（2）模拟可观测电路的幅频和相频特性

（3）支持的器件：ispPAC10、ispPAC20、ispPAC80

（4）内含用于低通滤波器设计的宏

（5）能将设计直接下载

第二章在系统可编程模拟电路的结构与原理

在系统可编程模拟电路提供三种可编程性能：（1）可编程功能：具有对模拟信号进行放大、转换、滤波的功能；（2）可编程互连：能把器件中的多个功能块进行互连，能对电路进行重构，具有百分之百的电路布通率；（3）可编程特性：能调整电路的增益、带宽和阈值。可以对电路板上的ispPAC 器件反复编程，编程次数可达10000次。把高集成度，精确的设计集于一片ispPAC器件中，取代了有许多独立标准器件所实现的电路功能。

2.1 ispPAC10的结构与原理

2.1.1基本特性

1、在系统可编程电路（ISP TM）

（1）有四个具有放大/衰减功能的仪用放大器块

（2）总计有四个差分输入信号

（3）可设计高精度有源的滤波器

（4）上电后不需要其它器件即可自动配置

（5）配置数据由非易失性E2CMOS单元构成（可重复下载

10000次）

（6）编程方式遵循IEEE1149.1协议

2、具有四个线性元素特性的模块

（1）可编程增益范围0—80dB

（2）带宽在增益G=1时为550KHz，在G=10时为330KHz

（3）低的畸变率（THD<-74dB ，10KHz时畸变率最低）

（4）具有输入电压偏移自动校准功能

3、真正的差分输入、输出

（1）具有共模抑制比高达69dB仪用放大器的输入脚

（2）芯片上具有2.5v的共模参考电压

（3）四个rail-to-rail电压输出

4、28脚DIP塑料封装或SOIC封装

（1）5v单电源供电

5、应用范围

（1）单电源5v信号的调理

（2）有源滤波器设计、信号放大与衰减、信号的运算

（3）12位D/A转换的模拟信号前端处理

（4）传感器的信号调整

图2.2 ispPAC10管脚排列及内部结构示意图2.1.2 ispPAC10内部组成

1、ispPAC10器件总体构造

ispPAC10器件由四个模拟可编程宏单元（称为PACblocks）组成，每个宏单元可以等效为运算放大器、电阻、电容的组合。不需要外部元件的配合即可完成精确滤波、求和/求差、放大/衰减以及综合电路设计。每个PACblock 又由一个求和放大器、两个差分输入仪用放大器、以及反馈电容阵列组成。反馈电容与反馈电阻配合可以提供120个可编程极点，范围10K到100K。输入仪用放大器的增益可以在±1至±10之间调整。如果配合其它的PACblock可以完成更复杂的信号处理功能，这一点在后续章节中会有更详细的介绍。

2、差分输入、输出

ispPAC10从结构上来看，无论输入还是输出是完全差分的（fully differential）。这样与单端输入、输出相比，可以把动态范围扩大一倍，而且还能够提供更多的性能，如共模抑制比（CMR）、谐波畸变（THD）等。

差分电压的峰-峰值可以通过两个差分输入或输出端的峰值计算，其公式为V dff= V+－V—，例如：如果V+等于4V，V—等于1V，则V d ff= 3V。由于差

等于4V，则V d ff= －分输入端的极性可以为正或负，因此如果V+等于1V，V

—

3V。通过上面提到的方式或通过信号的摆动就可以计算出差分电压的峰-峰值，同时可以看出差分输入或输出的动态范围为3V－（－3V）=6V，

使动态范围比单端输入扩大了一倍。

3、单端输入、输出

输入端极性的编程不会影响输入阻抗和动态性能，因为没有对输入放大器重新布线，也就是说芯片内部没有其它结构和性能没有变化。单端输入/输出可以使用输入/输出的两个任意一个，同样可以根据要求调整极性、增益、反馈以达到预期的效果。

4、参考电压

ispPAC10器件是单电源5V供电，其内部可以产生2.5V的参考电压，这个参考电压也可以通过V REFOUT（Pin22）或共模参考电压输出。其中无论输入的参考电压如何V REFOUT（Pin22）的输出总是2.5V。当然，根据需要也可以通过器件外部提供参考电压（共模参考电压V CM）来替代V REFOUT，但这时应对需要操作的PACblock编程。外部的参考电压应由用户通过输入端CMV IN（Pin19）提供，它的变化范围是1.25V至3.25V。如图2.2所示。