ispPAC10在系统可编程模拟器及其应用

摘要：ispPAC10是美国Lattice公司最新推出的模拟电路在系统可编程器件，它为电子电路设计者进行电路设计提供了一条有效的新途径。文中介绍了ispPAC模拟电路在系统可编程器件的基本组成和主要特点，并给出了一个应用实例。

    关键词：在系统编程  模拟器件  滤波器  ispPAC10

    数字系统在系统可编程技术是美国Lattice公司发明的，它彻底改变了传统数字电子系统的设计思想和实现方法。然而在历经7年之后，该公司于1999年11月又推出了模拟电路的在系统可编程技术ispPAC(In-System Programmability Programmable Analog Circuit)，从而为模拟电路设计自动化翻开了新的一页。与数字系统在系统可编程技术类似，模拟电路的在系统可编程技术允许设计者使用开发软件在计算机中设计、修改模拟电路，并可通过编程电缆将设计方案下载到可编程模拟器件中，这样，新可加快设计进程，提高设计的准确性，为电子技术设计人员开发产品以及使用电子技术进行教学提供了一条崭新的途经。目前已经推出的在系统可编程模拟器件有三种：ispPAC10、ispPAC20和ispPAC80。IspPAC器件的开发软件为PACDe-signer，采用原理图的输入方式，可仿真幅频和相频特性。本文主要介绍了ispPAC10及其在滤波器设计方面的应用。

1 基本组成及特点

    ispPAC10器件由两个PAC块、自动校正单元、参考电压、配置存储器、模拟布线池和ISP接口组成。每个PAC块由两上仪表放大器和一个输出放大器组成，而电阻、电容则构成了一个差分输入、差分输出的基本单元，如图1所示。每个PAC块可以独立构成电路，也可级联构成复杂电路。每个仪表放大器的增益可以通过编程的方法加以调速，调速范围为-10～+10，调整步长为1。

    IspPAC具有以下特点：

    ●每个PAC块均为差分输入、差分输出，输入阻抗为10 9Ω，共模抑制比为69dB；

    ●PAC块中电路的增益和特性可以编程改变，增益可调整范围为0dB～40dB；

    ●输出放大器的电容有128种可选择值，反馈电阻可编程为连通或断开状态；

    ●采用5V电源供电，内含2.5V参考电压；

    ●可自动校准；

    ●不需外接电阻、电容即可构造放大器、有源滤波器、求和、求差和积分电路；

    ●IEEE1149。1JTAG串行编程。

2 器件内部结构及引脚说明

    ispPAC10采用28引脚双列封装，图2所示是ispPAC10的内部结构和引脚排列。各引脚的功能说明如表1所列。

表1 ispPAC10引脚说明

引脚号	符号	功能说明
1，2，13，14，15，16，27，28	OUT	差分输出引脚
3，4，11，12，17，18，25，16	IN	差分输入引脚
7	VS	电源
5	TDI	串行数据输入
10	TMS	测试模式选择
9	TCK	串行数据输入时钟
8	TDO	串行数据输出
19	CMIVin	VREFOUT外部选择输入，输入范围1.25V～3.25V
20	CAL	自动校准
21	GND	地
22	VREFOUT	2.5V参考电压
23，24	TEST	测试引脚，正常应用时接地
6	TRST	测试复位引脚，低电平有效

3 应用举例

    有源滤波器可广泛应用于各类电子系统中，它可以根据需要把有用信号挑选出来。下面介绍如何利用在系统可编程模拟器件实现滤波器。一般来说，用三个运算放大器可以实现双二阶滤波器，这里仅讨论低通滤波器的实现方法。低通滤波器的转移函数可表示为：

    H（s）=p/(s 2+ms+n)

    实现该滤波器需用积分器、反相器和有损积分电路。图3是用ispPAC10实现该滤波器的方法。图中，p=-[k11k12]/[(GF1Re)(CF2Re)]

    m=1/(CF1Re)

    n=-[k12k21]/[(GF1Re)(CF2Re)]。

    CF1和CF2是反馈电容，Re是输入运放的等效电阻，其值为250kΩ。图4是在PAC-Designer环境中实现图3所示滤波器的设计实例，k11、k12、k21、k22和反馈电容都赋给相应的值。图5是PAC-Designer软件对设计实例的仿真结果。完成设计和仿真后，就可对PAC器件进行编程。IspPCA器件的编程接口是JTAG测试接口，所需电源为5V。