基于可编程模拟器件的精密整流电路设计

【摘要】介绍了一种基于在系统可编程模拟器件ispPAC的精密整流电路设计方法，在ispPAC20芯片上实现，将整个电路集成于一块芯片中，提高了电路的集成度和可靠性。可对目标芯片重新编程以升级电路结构，缩短了研制周期，降低了设计成本。

【关键词】可编程模拟器件；整流电路；模拟

Abstract：A Design method of rectifier circuit with high precision implemented on in-system programmable analog circuit is introduced in the paper.All the parts are integrated in a single chip to improve the integration and reliability of the circuit.The goal chip can be programmed to realize new contents，which reduces the development cycle and cost.

Keywords：ispPAC；Rectifier Circuit；Analog

1.引言

在系统可编程模拟器件ispPAC（in-system Programmable Analog Circuit）是美国Lattice半导体公司推出的可编程产品，到目前为止已有5种芯片：ispPAC10，ispPAC20，

ispPAC30，ispPAC80和ispPAC81[1]。与数字在系统可编程大规模集成电路一样，ispPAC同样具有在系统可编程技术的优势和特点，电路设计人员可通过开发软件在计算机上快速、便捷地进行模拟电路设计与修改，对电路的特性可进行仿真分析，然后用编程电缆将设计方案下载到芯片当中。同时还可以对已经装配在印刷线路板上的ispPAC芯片进行校验、修改或者重新设计。

把高集成度的精密模拟电路设计集成于单块ispPAC芯片上，取代了由若干分立元件或传统ASIC芯片所能实现的功能，具有开发速度快，成本低，可靠性高与保密型强的特点[2]。其开发软件是基于Windows平台的PAC Designer，目前版本为6.0，提供完整的设计和验证解决方案，支持ispPAC、ispClock和ispPower系列芯片开发。

本文以PAC Designer为设计软，以ispPAC20为目标芯片，介绍了一种精密整流电路的设计方法。将电路设计方案以单芯片实现，提高了电路的集成度和可靠性；对目标芯片可重新编程以升级电路结构，缩短了研制周期，降低了设计成本。

2.ispPAC20芯片的结构

ispPAC20芯片由两个基本单元电路PAC块、两个比较器、一个8位的D/A转换器、配置存储器、参考电压、自校正单元、模拟布线池和ISP接口所组成。其内部结构框图如图1所示。

ispPAC20中有两个PAC块，PACblock1由两个仪用放大器和一个输出放大器组成、配以电阻和电容构成一个真正的差分输入、差分输出的基本单元电路，如2图所示。其中，仪用放大器IA1的输入端连接二选一输入选择器，通过芯片的外部引脚MSEL来控制。当MSEL为0时，端口a连接至IA1；当MSEL为1时，端口b连接至IA1。IA1和IA2的增益调范围在-10～+10之间，电路输入阻抗为109，共模抑制比为69dB。输出放大器OA1中的电容CF有128种值可供选择，反馈电阻RF可以编程为连同或断开状态。芯片中各基本单元通过模拟布线池（Analog Routing Pool）实现互联，以组成各种复杂电路。

PACblock2与PACblock1的结构基本相同，但IA4的增益范围为-10至-1，并为IA4增加了外部极性控制端PC。当PC=1时，增益调整范围为-10至-1，当PC=0时，增益调整范围为+10至+1。

DAC单元是一个8位电压输出的数字模拟转换器。接口方式可自由选择为8位的并行方式、串行JTAG寻址方式、串行SPI寻址方式。在串行方式中，数据的总长度为8为，D0为数据的首位，D7处于数据的末位。DAC的输出是完全差分形式，可以与芯片内部的比较器或仪用放大器相连，也可以直接输出。无论采用串行还是并行的方式，用户都可以通过查询芯片说明的编码数据进行编程[3]。

在ispPAC20中有两个可编程的双差分比较器，当同相输入电压相对反向输入电压为正时，比较器的输出为高电平，否则为低电平。比较器CP1的输出可编程为直接输出或以PC为时钟的寄存器输出两种模式，且CP1和CP2的输出端可作异或运算或触发器操作后在WINDOW端输出信号。

另外，配置存储器用于存放编程数据，参考电压和自校正模块完成电压的分配和校正功能。

3.基于ispPAC20的精密整流电路设计

基于ispPAC20的精密整流电路内部编程结构如图2所示，电路工作时，需将输入信号ui同时连接至IN2和IN3端，将比较器输出CP1OUT由外部连接至极性控制端PC。

端口IN2编程为连接输入仪用放大器IA4，IN3编程为连接比较器CP1，OUT2作为整流电路的输出端。编程DAC编码为80h，输出模拟电压0V，并编程连接至比较器CP1的反相输入端作为阈值电压，设置CP1为直接输出模式（Direct）。编程IA4的增益为-1，OA2相关参数如图2所示。

当ui＞0时，比较器CP1的输出CP1OUT为高电平，通过极性控制端PC的控制，则PAC block2输出OUT2=-ui；当ui＜0时，CP1OUT为低电平，则OUT2=+ui。即，OUT2=-|ui|，从而电路实现整流功能。

若将IA4的增益设置为K（调整范围为-10至-1），按图2的方式进行编程，则整流输出端信号为OUT2=K|ui|

在PAC-Designer设计软件中，选择菜单Tools/Download，即可将所设计的电路方案编程下载到目标芯片ispPAC20中，并可进行电路仿真和测试。

4.结束语

本文介绍了一种基于在系统可编程模拟器件ispPAC的精密整流电路设计方法，在ispPAC20芯片上实现，将整个电路集成于一块芯片中，提高了电路的集成度和可靠性。借助于开发工具PAC-Designer，可随时对芯片进行重新编程以升级电路结构，提高了电路设计的效率，降低了设计成本。

参考文献

[1]王成华,蒋爱民,吕勇.可编程模拟器件的应用研究[J].数据采集与处理,2002,17(3):345.

[2]高玉良.在系统可编程模拟器件(ispPAC)及应用[J].现代电子技术,2002,4:80-81.

[3]Lattice Semiconductor Co.ispPAC hand-

book[CD].Version 1.1,1999.

作者简介：时伟（1981—），男，硕士研究生，助教，主要从事电子设计自动化方面的教学和研究工作。