ispPAC簡介
自1992年美國LATTICE公司推出了系統(tǒng)可編程（In-System Programmabliity）技術(shù),，增加了一種與傳統(tǒng)數(shù)字電子系統(tǒng)不同的設(shè)計和實(shí)現(xiàn)方法。在1999年底,，LATTICE公司又推出了系統(tǒng)內(nèi)可編程模擬電路,，又開辟了一種模擬電路設(shè)計方法的新思維，為電子設(shè)計自動化（EDA）技術(shù)開拓了更為廣闊的前景,。
同數(shù)字系統(tǒng)內(nèi)可編程大規(guī)模集成電路（ispLSI）一樣,，它使設(shè)計者用開發(fā)軟件在計算機(jī)中設(shè)計、修改,，并能進(jìn)行電路特性模擬,，最后通過下載電纜將設(shè)計下載至芯片中。
系統(tǒng)內(nèi)可編程器件可以實(shí)現(xiàn)三種基本功能：（1）信號調(diào)整,；（2）信號處理（3）信號轉(zhuǎn)換,。信號調(diào)整主要是對信號進(jìn)行放大,、衰減、濾波,。信號處理是人才濟(jì)濟(jì)對信號進(jìn)行求和,、求差、積分運(yùn)算,。信號轉(zhuǎn)換是把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號,。目前已推出了三種器件：ispPAC10、ispPAC20和 ispPAC80,。它的開發(fā)軟件為LATTICE公司的PAC-Designer,。
系統(tǒng)內(nèi)可編程模擬電路具有可模擬信號進(jìn)行放大、轉(zhuǎn)換,、濾波的功能,，是通過器件內(nèi)的多個功能塊的互聯(lián)并能對電路進(jìn)行重構(gòu)以達(dá)到能調(diào)整電路的增益、帶寬和閾值,。編程次數(shù)可達(dá)1萬次,。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及電路如圖1、2所示,。
IspPAC10器件的結(jié)構(gòu)由四個基本單元電路（PAC）,、模擬布線池、配置存儲器,、參考電壓,，自動校正單元和ISP接口所組成。器件用5V單電源供電,?；締卧娐贩Q用5V單電源供電?；締卧娐贩Q為PAC塊（PAC block）,，它由兩個儀用放大器和一個輸出放大器所組成，配以電阻,、電容構(gòu)成一個真正的差分輸入/差分輸出的基本單元電路,，如圖2所示。所謂真正的差分輸入/差分輸出是指每個儀用放大器有兩個輸入端,，輸出放大器的輸出也有兩個輸出端,。電路的輸入阻抗為10 9，共模抑制比為69dB,，增益調(diào)整范圍不-10～+10倍,。PAC塊中電路的增益和特性都可以用可編程的方法來改變，器件可配置成1～1萬倍的各種增益,。輸出放大器中的電容CF有128種值可供選擇,。反饋電阻RF可以斷開或連通,。器件中的基本單元可以通過模擬布線池（ANALOG Routing Pool）實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，以便實(shí)現(xiàn)各 種電路的組合,。
每個PAC塊都可以獨(dú)立地構(gòu)成電路,，也可以采用級聯(lián)的方式構(gòu)成電路，以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的模擬電路功能,。例如,，各個PAC塊作為獨(dú)立的電路工作，圖 4（b）為四個PAC塊級聯(lián)構(gòu)成一個復(fù)雜的電路,。利用基本單元電路的組合可進(jìn)行放大,、求二階有源濾波器和和梯型濾波器，且無需在器件外部連接電阻,、電容元件,。
濾波器的實(shí)現(xiàn)
在一個實(shí)際應(yīng)用的電路系統(tǒng)中，它的輸入信號往往受干擾等因素,，會含有一些不必要的噪聲成分,，應(yīng)當(dāng)把它衰減到足夠小的程度，從而達(dá)到把我們需要的信號從輸入信號源中分離出來,。而為了解決上述問題,，我們可以采用有源濾波器來實(shí)現(xiàn)。
下面介紹一下如何用在系統(tǒng)可編程模擬器件實(shí)現(xiàn)濾波器的設(shè)計方法,。通常我們可以用三個運(yùn)算放大器來實(shí)現(xiàn)雙二階型函數(shù)的電路,。雙二階型函數(shù)能實(shí)現(xiàn)各種濾波器函數(shù)，如低通,、高通、帶通,、帶阻等,。雙二階函數(shù)T(s)的表達(dá)式如下，式中m=1或n=1或0：
由于這種電路的靈敏度相當(dāng)?shù)?，所以電路容易調(diào)整,，而且這種電路的另一個顯著特點(diǎn)是只需要附加少量的元件就能實(shí)現(xiàn)各種濾波器函數(shù)。這里我們以低通函數(shù)濾波器的實(shí)現(xiàn)為例,，說明設(shè)計的整個過程,。例如，低通濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)Tlp(s)如下：
整理后獲得：
取b=k1k2,，式（3）可以改寫成如下形式：
其等效的方框圖如圖3：
從方框圖中的函數(shù)中不難看出,，系統(tǒng)可以分別用反向器電路、積分電路,、有損積分電路來實(shí)現(xiàn),。把各個運(yùn)算放大器電路代入圖3的方框圖中即可得到以下的實(shí)現(xiàn)電路,，如圖4所示。
現(xiàn)在我們已不再需要利用電阻,、電容,、運(yùn)放搭電路，然后才調(diào)試電路?，F(xiàn)在完全可以利用系統(tǒng)內(nèi)可編程器件方便地實(shí)現(xiàn)此電路,。ispPAC10就能夠?qū)崿F(xiàn)方框圖中的每一個功能塊，PAC塊可以對兩個信號進(jìn)行求和或求差,，k為可編程增益,，電路中把k11、k12,、k22設(shè)置成+1,，把k21設(shè)置成-1。因此一個三運(yùn)放的雙二階型函數(shù)電路可以用兩個PAC塊就能實(shí)現(xiàn),。在開發(fā)軟件PAC-Designer中使用原理圖輸入方式,，把兩個PAC塊連接起來，電路如圖5所示,。
電路中的CF是反饋電容值,，Re是輸入運(yùn)放的等待電阻，其值為250KΩ,。兩個PAC塊的輸出分別為V01和V02,。可以分別得到兩個表達(dá)式,，即帶通函數(shù)表達(dá)式和低通函數(shù)表達(dá)式,。
系統(tǒng)內(nèi)可編程模擬電路的開發(fā)軟件PAC-Designer中含有一個宏單元，專門用于濾波器的設(shè)計,，根據(jù)我們的設(shè)計要求算出對反饋電容,，電阻和電路增益等參數(shù)，然后在電路圖編程環(huán)境下進(jìn)行電路布線,、修改其相應(yīng)的參數(shù)值,，系統(tǒng)的設(shè)計工作就基本完成。為了檢驗(yàn)設(shè)計能否達(dá)到理想要求,，開發(fā)軟件中還有一個模擬器仿真工具,，用于濾波器的幅頻和相頻特性的仿真。如仿真的結(jié)果達(dá)到要求,，則就可以通過下載電纜直接下載到ispPAC10器件中,，整個設(shè)計工作完成。否則修改其參數(shù),，到仿真結(jié)果滿意為止,。
結(jié)論
用ispPAC-Designer設(shè)計模擬濾波器極其方便,，用一臺PC機(jī)就可以代替通常的示波器，掃頻儀和面包板,，便工作效率得到很大提高,，并且可以根據(jù)用戶的需要對系統(tǒng)作出調(diào)整而無須對PCB板作出任何改動，只須通過軟件在PC機(jī)中進(jìn)行重新設(shè)計和性能仿真,，然后下載到芯片中即可,。整個工作在數(shù)小時內(nèi)就能完成。