西安交通大学-赵进全-模拟电子技术基础-第十一章

上页下页返回模拟电子技术基础11在系统可编程模拟器件原理及其应用11.1概述在系统可编程（In－SystemProgrammability），是指可编程器件在不脱离所在应用系统的情况下，能够通过计算机对其编程，而不需要专用的编程器。上页下页返回模拟电子技术基础11.2在系统可编程模拟器件的结构及原理1．ispPAC10的结构和原理11.2.1ispPAC10的结构和原理上页下页返回模拟电子技术基础参考电压自校正配置存储器模拟布线池PAC块PAC块PAC块PAC块(a)引脚图(b)结构框图上页下页返回模拟电子技术基础(1)OTA电压放大器2．跨导运放（OTA）的基本应用电路实现电压电流转换构成一个等效电阻R，实现电流电压变换gm1OTA1iiO1RuI1OTA2uI2+_gm2+_uOiO2上页下页返回模拟电子技术基础ispPAC10内部电路示意图上页下页返回模拟电子技术基础(2)OTA相加、相减电路a.相加电路R=1/gm3gm1OTA1iO1uI1OTA3uI2+_gm3+_uOOTA2gm2+_iO2上页下页返回模拟电子技术基础b.相减电路信号从反相端输入gm1OTA1iO1R=1/gm3uI1OTA3uI2+_gm3+_uOOTA2gm2+_iO2上页下页返回模拟电子技术基础(3)OTA积分电路积分电容积分电阻R=1/gm2gm1OTA1iO1CuIOTA2+_gm2+_uO无耗积分器上页下页返回模拟电子技术基础由图可得电路构成了有耗积分器（一阶低通滤波器）gm1OTA1iO1CuIOTA2+_gm2+_uOR=1/gm2上页下页返回模拟电子技术基础gm1+__+gm2+__+gm3+__+IAFIA1IA2uIuI++_uI–uIuI++_uI–+_A_+uOuO++_uO–CFCF3.ispPAC10基本单元（PAC模块）的工作原理差分输入仪表放大器输出相加放大器上页下页返回模拟电子技术基础gm+__+uIuI+uI–iO+iO–差分输入差分输出的OTA电路图中电路将差模输入电压转换为差模输入电流上页下页返回模拟电子技术基础gm3+__+IAF+_A_+uOuO++_uO–CFCFa'agm1–gm1uIuIispPAC10的PAC模块输出级上页下页返回模拟电子技术基础PAC模块的有耗积分器等效电路IA2IA1OA1uOCFuI1uI2222RF2.5V基准电压k2k1上页下页返回模拟电子技术基础PAC模块的理想积分器等效电路IA2IA1OA1uoCFuI1uI2222RF2.5V基准电压k2k1上页下页返回模拟电子技术基础参考电压配置存储器模拟布线池PAC块比较器PAC块比较器自校正DAC(a)引脚图(b)结构框图11.2.2ispPAC20的结构和原理上页下页返回模拟电子技术基础ispPAC20内部电路示意图上页下页返回模拟电子技术基础ispPAC20与ispPAC10的区别:1.PAC模块(1)多路输入控制(2)极性控制2.比较器CP1和CP2ispPAC20PAC的比较器的特性及其输入电压信号的来源可通过编程来改变。上页下页返回模拟电子技术基础3.8位D/A转换器ispPAC20PAC中的DAC是一个8位数字量输入、电压输出的数/模转换器。数字接口方式：8位并行方式；串行JTAG寻址方式；串行SPI寻址方式。DAC的输出：以差分形式输出。上页下页返回模拟电子技术基础11.3.1放大电路设计1．信号耦合方式11.3在系统可编程模拟器件的应用电路上页下页返回模拟电子技术基础(1)简单的直接耦合ispPAC10+_IAOA+_+5VR1R3R2RX上页下页返回模拟电子技术基础+_IAOA+_VREFR1R1R2R2VREF+_uIispPAC10(2)外接偏置电路的直接耦合上页下页返回模拟电子技术基础(3)阻容耦合+_IAOA+_RRVREFout+_uIispPAC10CC上页下页返回模拟电子技术基础VREFout缓冲电路上页下页返回模拟电子技术基础2．增益设置方法(1)整数倍增益的设置方法PACBlock2PACBlock1+_IA1OA1+_IA2IA3OA2+_IA4OUT1OUT2110412.5V2.5V上页下页返回模拟电子技术基础(2)分数倍增益的设置方法PACBlock1+_IA1OA1IA2OUT1752.5VuO_+IN1+_IN2uIk50k501.1k110Iu上页下页返回模拟电子技术基础(3)整数比增益的设置方法PACBlock1+_IA1OA1+_IA2OUT1–1072.5VIN1上页下页返回模拟电子技术基础1．用三运放实现双二阶滤波器11.3.2滤波电路设计双二阶函数的一般表达式为二阶低通滤波器的传递函数上页下页返回模拟电子技术基础为了利用运算放大器组成的单元电路实现低通函数关系，对它进行必要的变换。上页下页返回模拟电子技术基础式中，b=k1k2。由上式可画出滤波器的方框图sUi+sU1–1sU2sU3pskd1psk2sk1上页下页返回模拟电子技术基础由传递函数得三运放组成的双二阶滤波器+_uIA1R2R1C1C2R3R4R5R6+_A2+_A3+_u1u2u3上页下页返回模拟电子技术基础2．用ispPAC器件实现双二阶滤波器IA1OA1IA2–112.5VIA3OA2IA4112.5VCF1CF2uIRF1uO1uO2k11k21k12k22上页下页返回模拟电子技术基础PAC模块1输出电压与其两个输入电压的关系PAC模块2输出电压与其输入电压的关系上页下页返回模拟电子技术基础当输出信号从PAC模块2的输出端传送出去时，该电路是一个二阶低通滤波器。上页下页返回模拟电子技术基础当输出信号从PAC模块1的输出端传送出去时，该电路是一个二阶带通滤波器。上页下页返回模拟电子技术基础两路直流信号调理电路11.3.3数据采集系统中的信号调理电路设计上页下页返回模拟电子技术基础1．多路信号的选择2．放大及滤波3．自动调整ADC参考电压的大小4．自动控制ADC输入信号的极性工作原理上页下页返回模拟电子技术基础11.4PAC—Designer软件开发实例11.4.1.设计步骤1．设计输入(1)选择器件在PAC－Designer软件主窗口中按FileNew菜单上页下页返回模拟电子技术基础(2)添加连线(3)编辑元件添加连线时，只要双击某一节点，就会弹出连线信息对话框，根据设计要求连线即可。编辑元件就是根据设计要求设置放大电路的增益、选择电容元件的数值以及确定反馈电阻是否连通等。只要双击所要编辑的元件，就会弹出相应的对话框，根据需要选择即可。上页下页返回模拟电子技术基础2．设计仿真(1)设置仿真参数在PAC－Designer软件主窗口中按OperationsSimulator菜单在该对话框中确定仿真频率的起始值和终止值、仿真点数、输入节点和输出节点。上页下页返回模拟电子技术基础(2)执行仿真操作完成参数设置后，按ToolsRunSimulator菜单进行仿真。上页下页返回模拟电子技术基础3．器件编程通过编程电缆给器件下载，执行ToolsDownload菜单即可。执行ToolsVerify菜单可验证ispPAC中已编程的内容是否与原理图所示一致。执行ToolsUpload菜单可将ispPAC中已编程的内容读出来显示在原理图中。上页下页返回模拟电子技术基础11.4.2PAC－Designer软件的几个重要的功能1．ToolsRunMacro菜单上页下页返回模拟电子技术基础2．FileBrowseLibrary菜单3．EditSecurity菜单可调用这些文件，并在此基础上修改从而方便地完成自己的设计。该菜单可以用来选择下载至ispPAC器件后能否允许被读出，起加密保护作用。