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(多图) 如何输入自己的可编程模拟电路

2010年01月26日 ?? 收藏0

  通过接口输入模拟电路的描述听起来是构成功能块的一种通用方法。但是,在你收起烙铁之前,应该更多地了解功能块在实际应用中的性能究竟有多好。

  大多数行业都有其哲学上的激烈争论,如果仅从纯粹的娱乐价值出发,我们的行业具有更多这样的争论也许是一件好事。在我们行业的发展史上,在几乎每次转折之际,具有坚定信念的工程师和技术专家们一直在两中选一地宣扬以下技术的优越性:电子管或晶体管、分立元件或集成电路、精简处理器指令集或复杂处理器指令集、哈佛处理器体系结构或冯·诺伊曼处理器体系结构、CMOS电路或双极电路、单片系统或功能分置,以及模拟电路或数字电路。当然,尽管模拟或数字电路也许非常广泛,但它们部分地属于这些话题。虽然这样的激烈论战促使人们发起了一次又一次热烈的小组讨论会,但是这些小小的争论经常存在相同的概念上的缺陷:在争论目标之前先争论实现技术。

  不过,这样的争论并非仅仅显示相互对立的、毫无价值的沙文主义。它们有助于指出技术重叠的、工程师们必须在互相竞争的方法中作出选择的领域。作出这样的选择时,经常要在互相竞争的准则和具有互不相关的优势的技术之间进行权衡。为了始终避免将最熟悉的方法与最优方法混为一谈,要适当地把确定选择准则的优先次序、评估各种设计选择的相对优势、平衡折衷方案、为一组目标而优化设计作为每位设计师在每个单独项目环境中必须完成的练习科目。

  好像这样还不够似的,设计界极少存在雷同;设计界经常是一个"与"另一个的问题,而不是一个"或"另一个的问题。例如,从事模拟设计的OEM通常至少以廉价微控制器的形式使用控制逻辑芯片,或者--多亏混合信号集成技术--使用小型芯核或自制的状态机。更典型的是,模拟电路可用作数字系统的物理接口(参考文献1)。

  几十年来模拟设计界和数字设计界协同发展,而不是像它们常常被误认为的那样,代表对立的学科。它们共同见证了混合信号ASSP(专用标准产品)的巨大成功。当然,尽管混合信号设计取得了巨大进展,模拟学科大体上还没有演进到具有像数字信号器件那样的器件,其功能可以不是通过布线,而是通过编程静态地或顺序地确定。

  模拟IC制造商以各种方式使用"可编程"这一术语时,多数情况下是用来代替"可调整"一词的。在这种情况下,该术语经常紧挨着一个限定词,如"引脚"或"电阻器"。因此,可编程增益放大器允许人们用固定电阻器、连续可变电阻器或一个由固定电阻器和开关组成的网络来设定闭环增益。许多模拟IC制造商销售可在增益带宽乘积、转换速率和功耗方面进行偏置电流编程的运算放大器。其他一些制造商提供可数字编程的电位器以及其它基于R-DAC的单元,这些单元的行为状态是随一个最常作用于某一参数的数码字而变化的。尽管这些固定不变的功能确实很有用,却仍不能提供人们在考虑比简单组合逻辑更为先进的数字结构时所想到的那种功能可编程性。

  只有为数不多的公司在模拟IC中提供拓扑可编程性,其中最著名的公司有Zetex公司、Lattice半导体公司和Anadigm公司(参考文献2和3)。这些IC提供可编程连接性以及对模拟信号处理资源的参数控制,而且其制造商经常将其与FPGA相提并论;事实上,Anadigm公司将其器件称为FPAA(现场可编程模拟阵列)。

  跨接连接

  尽管从市场接受程度的角度来看,拓扑可编程模拟IC还相对不够成熟,但其制造商正在显示对市场需求的理解日益加深。笔者最近试用的Anadigm公司提供的评估/开发软件包就是一个恰当的例子。该软件包支持Anadigm 公司的AN220E04型FPAA。它附带有一块评估板、AnadigmDesigner2软件、一根串行电缆和文档。文档中有一份24页AN220D04评估板用户手册硬拷贝版本,这份必读材料还附有以电子形式存入CD-ROM中的一份AN220E04用户手册和一份AnadigmDesigner2用户手册。AnadigmDesigner2软件本身包含许多有关其所支持部件的信息,并且通过对上下文敏感的求助功能和类似大家所熟悉的Windows应用程序所提供的求助索引提供这种信息。值得注意的是,可以通过Anadigm公司的各种基于软件的求助功能,获得绝大部分问题的答案。所花时间要比直接使用面向"办公室"的软件包所花的时间要少。也许人们会说Anadigm公司的应用集中于更狭窄的范围,因而更易于支持,但是,笔者认为这一经历居然有新鲜感,而且,从生产力的角度来看,竟然也非常重要。

  AN220D04评估板布满了跳线、连接器和引脚端子--这说明它具有通用性(图1)。评估板可使用户方便地对大量的信号、配置控制、时钟和功率选项进行选择。它包含一块子电路板连接器,供需要两三块FPAA的设备使用。具有两块芯片的设备仅仅通过子电路板传送其模拟信号,绕过主电路板上的FPAA位置。评估板还有一个扩展连接器,用以级联多块AN220D04电路板。

尺寸为4

图1? 尺寸为4.5×5.375英寸的AN220D04,内含一个1.9平方英寸的实验电路板区和许多跨接线、连接器和引脚端子,形成一个灵活的开发环境。你只要花几分钟了解线路图,就可以方便地使用这一开发环境。

  你可以为平衡的信号或不平衡的信号单独设置评估板的模拟输入和输出。差分输入可以通过一对SMA连接器或一组直接连接AN220E04引脚的引脚端子接入评估板。两个单端信号可以通过这些SMA或一个常见于声卡、膝上型电脑及许多消费类音频产品的标准1/8英寸TRS插座接入评估板。AN220E04型FPAA的输入采用差分结构,所以评估板具有模拟器件公司生产的两个AD8132型差分放大器,用以转换单端输入信号。输入路径还包括可以使用配线J23和J25连接或断开的50Ω终端负载。请务必把这些跨接线作为初始设置的一部分进行检查。

  同样,FPAA不是通过引脚端子或SMA连接器就是通过模拟器件公司的两个AD8130差分接收器来提供你可以直接使用的差分输出。两个差分接收器可为SMA连接器或另一个1/8英寸TRS插座提供单端信号。SMA连接器还为级联的电路板提供信号路径。

  AN220D04的通用性也扩展到了评估板的控制逻辑选项。在其缺省模式下,评估板通过从你的PC到评估板上的DB-9连接器的RS-232串行链路获取配置数据。评估板上的16MHz振荡器提供FPAA的模拟时钟。独立式模式不是使用一个SPI EEPROM,如Atmel公司的AT25080型8kb EEPROM,就是使用一个FPGA EEPROM,如Atmel公司的AT17C65型65kb EEPROM。在这种模式下,评估板上的时钟在导通序列期间驱动配置过程,并且为模拟时钟提供定时基准。如果你的工作是嵌入式设备开发,则你可以通过DIO(数字I/O)带状连接器直接驱动数字信号。虽然当前的软件版本不支持USB,但评估板的具有USB能力的微控制器(一块由Microchip 公司生产的PIC16C745电路),则可连接到一个未使用的连接器位置。如果Anadigm公司决定在未来的软件版本中包含USB支持,那你只需要焊接一个连接器并将它插入即可。

  虽然大多数人都习惯于在文档仍在收缩包装时就连接新设备,但是,该评估板提供了非常多的选项,以致笔者建议在给产品加电之前仔细研读用户手册并使自己熟悉跨接线的功能、位置和初始状态。Anadigm公司在手册末尾提供评估板的全套原理图,帮助我们确认对评估板体系结构的理解。遗憾的是,那些原理图很小,往往要求助于放大镜或低倍显微镜才能看清。多亏Adobe Acrobat公司的变焦距功能和图像旋转功能,存入CD-ROM中的用户手册PDF版本解决了这个问题。因此,将评估板放在实验台上,把示意图显示在个人膝上型电脑屏幕上,再把手头的硬拷贝手册翻到介绍性叙述章节,就能在几分钟内使自己熟悉评估板的功能和设置了。

  对审查至关重要的是电源设置和通电行为。你可以用5V稳压电源供电,也可以用9V非稳压电源供电。9V电源端口是一个与通用墙面电源配对的2.1mm插孔。只要其输出电压限制在评估板的最小8V绝对额定值和最大12V绝对额定值之间,就可以使用非稳压电源。9V电源端口为一个5V线性稳压器供电,而该稳压器通过一根跨接线J28驱动评估板的其余部分。你如果打算直接为香蕉型插座或者螺旋型接线端子提供5V稳压电源,就必须拆除这根跨接线。因为螺旋型接线端子和香蕉型插座都不提供机械极化连接,所以这些电源输入要通过一个肖特基二极管连接评估板的其余部分,以防止极性接反引起的损坏。如果你的设备无法适应200mV的二极管压降,可以增加一根跨接线,用以旁路肖特基二极管。


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可编程模拟电路? AN220D04? FPAA?

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