智能模拟设计套件解决高速模拟接口的混合信号设计

虽然计算机以数字方式处理数据，但它们所处的环境，更不用说使用它们的人，本质上是模拟的。设计高速模拟接口是一个众所周知的挑战过程，仅次于调试它们。由于工业，医疗和消费电子产品变得越来越复杂，快速解决模拟/混合信号设计问题变得越来越重要。混合信号设计的一个主要挑战是调试降低模拟信号完整性的噪声源;在复杂的混合信号设计中，众多传感器和I/O通道可能会竞争对MCU的访问，解决通信瓶颈同样具有挑战性。 Microchip的PIC24F GC系列16位MCU通过将众多模拟外设集成到MCU上来解决这两个问题，Microchip称之为智能模拟。降低模拟信号完整性的噪声源已经过调试;由于模拟器位于芯片上，因此消除了与MCU通信的瓶颈。

用于PIC24F的Microchip DM240015 MPLAB入门工具包（图1）是基于PIC24FJ128GC010 MCU的综合开发套件。 Microchip声称该套件包含“客户开发手持式模拟应用原型所需的95％。”考虑到集成在芯片上并可从电路板访问的各种模拟外设，这是完全可能的。

图1：用于PIC24F MCU的Microchip DM240015 MPLAB入门工具包

PIC24F GC芯片的概述包括一个完整的信号链，包括一个16位ΣΔADC和一个12- bit 10 Msample/s流水线ADC，用于PIC MCU的第一，以及10位1 Msample/s DAC;双运算放大器;三个比较器;和三个可编程电压基准。所有模拟功能均由互连开关矩阵控制，可以连接芯片内的模拟模块，减少与I/O引脚的连接数量，降低噪声并提高吞吐量。

PIC24 GC MCU围绕16- MIPS 32 MHz CPU内核，具有64至128 KB的闪存，8 KB的RAM和6个DMA通道。图2中的框图显示了智能模拟模块中包含的模块。外设引脚选择模块包括各种定时器和通信外设，可以映射到备用引脚，而不会影响对模拟功能的访问。

图2：PIC24F GC框图（由Microchip提供） ）

XLP或eXtreme Low Power技术使芯片在运行时消耗180μA/MHz，在睡眠时仅消耗18 nA。从睡眠状态唤醒有多种方法，包括低功耗定时器，实时时钟和中断。有多种外设可支持显示，串行通信和用户输入。 DMA通过CPU和外设实现多任务处理。

PIC24 GC系列是采用智能模拟方法的最新PIC MCU;零件可应用于数字电源，电机控制和LED照明。 PIC24 GC MCU利用其更高程度的模拟集成和更低功耗来瞄准便携式医疗和工业产品，包括血压计，血糖仪，脉搏血氧仪，可穿戴传感器，实验室仪器，手持式测光表，便携式气体传感器和高速传感器阵列。

Microchip在PIC24 GC周围设计了一个血糖仪。测试条有各种化学成分，因此设计人员可以使用16位精度或高速采样和数字滤波来捕获高度变化的信号。但是，由于“GC”系列具有快速ADC和高精度ADC，因此可以测量各种条带。 LCD控制器可以处理472段显示器，即使是最小的显示器也可以实现嵌套菜单。最后，假设用户每天测量他或她的血糖五次，那么仪表上会发出警报通知用户何时测试，最后，每次通过USB上传数据，单个CR2032 （225 mAh）纽扣电池应持续约10年，141天，平均电流为2.2μA（图3）。 5.8 mA的峰值电流小于电池的最大额定容量，即12 mA

图3：来自Batter Life Estimator的血糖仪（由Microchip提供）。

演示程序

入门套件旨在介绍PIC24FJ128GC010系列模拟微控制器并展示广泛片上模拟功能范围。实际上，它相当详细地展示了电路板的模拟功能。一旦启动电路板，演示程序就会启动。多节点程序演示：

模拟16位ADC - 执行精确数据记录，通过USB在LCD屏幕和PC上显示结果

模拟12位ADC - 测量传感器数据来自光传感器，电位计和端口引脚，通过USB将此数据传输到PC

模拟10位DAC - 为耳机插孔生成音频音调

LCD文本 - 左/通过mTouch按钮控制向右滚动和菜单

LCD图形 - 在LCK上显示条形图和正弦波

LCD时钟 - 设置时间和时间功能

LCD测试 - 循环显示图标并显示相关文本

麦克风 - 执行12位ADC测量，在LCD上显示条形图

温度 - 以°C或°F显示当前温度

睡眠 - 断电和显示时间

一个大的（4英寸对角线）472段LCD屏幕显示每个演示程序的结果;屏幕上装有许多图标，您可以将这些图标合并到您自己的程序中。

该板包括一个模拟连接器，可插入面包板以便于访问模拟外设，以及一个用于添加RF连接的扩展区域。三个触敏键盘由MCU的充电时间测量单元（CTMU）控制，它使用恒流源检测焊盘电容的变化。

该套件附带示例程序的源代码用于Microchip的免费MPLAB X IDE，您需要对该板进行编程。 Microchip包含PICKit On-Board（PKOB）调试器，您可以通过该调试器为电路板供电，以及重新编程电路板。 “用于智能集成模拟的MPLAB入门工具包”包括编译器，链接器和相关工具，以及用户指南，解释了它的工作原理。

PIC24FJ128GC010微控制器的低工作电流（7 mA）意味着整个电路板可以通过USB连接供电，也可以通过电池供电。运行演示应用程序时，整个入门工具包本身从USB主机吸收大约25 mA电流。

一旦安装了最新版本的MPLAB，XC 16编译器和套件驱动程序，MPLAB会在连接时识别电路板它到J6，PICKit板载USB连接器。如果您熟悉MPLAB，无论是当前的MPLAB X还是MPLAB 8，都可以直接编译，链接和闪存程序到板上。