摘要：電路設計中要實現對微弱信號放大、高速信號采集、大功率輸出等功能，必須采用模擬電路，但長期以來模擬電路的設計一直存在著處理精度低，設計、調試難度大等缺陷。基于此利用Lattice公司推出的在系統可編程模擬電路簡稱ispPAC進行了放大器的增益設計。它允許設計者使用EDA軟件在計算機上設計修改模擬電路，并進行仿真，最后還可以通過編程電纜將設計方案下栽到芯片中去。通過開發軟件可以調整電路的增益、帶寬和閾值等性能指標。在此主要介紹了利用ispPAC10實現模擬信號的增益調整方面的幾種技術。

　　關鍵詞：增益；可編程模擬器件；ispPAC10

　　1 ispPAC10的結構與原理

　　1．1 ispPAC10的結構特點

　　ispPAC10器件的結構由四個相同的信號處理塊（PAC塊），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，如圖1。

　　ispPAC10引腳如圖2。

　　其封裝形式是：

　　28引腳的DIP或SOIC封裝。

　　引腳功能如下：

　　輸入：3，4，11，12，17，18，25，26

　　輸出：1，2，13，14，15，16，27，28

　　數字L／O：5，6，8，9，10，20

　　電源引腳：7，21

　　CMVIN引腳：19

　　測試引腳：23，24

　　（電源電壓為5 V；電源引腳用一個10μF的鉭電容和一個1μF的陶瓷電容旁路到地上可獲取最佳性能）。

　　1．2 ispPAC10的工作原理

　　ispPAC10器件有4個相同的基本單元電路。每個PACblock含有兩個獨立可編程的輸入放大器、一個差分輸出放大器、一個電阻反饋元件（可開路）和一個可調的反饋電容器。PACblock的輸入端為兩對差分輸入，增益可在±1～±10以整數步長調節。輸出求和放大器的反饋回路由一個電阻和一個電容并聯組成。

　　每個PACblock的輸入阻抗為109 Ω。輸入放大器可建模為一個可編程的增益模塊（K1和K2）和一個求和電阻器。輸入放大器提供的電流在一個運算放大器的反相輸入端被累加。輸出放大器的反饋網絡可建模為一個定值電阻元件并聯一個可調電容器（可調電容值為120個在1pF至62pF之間的值）。電阻反饋通路可以被禁用。運算放大器的輸出為差分電壓。

　　2 . ?iSpPAC10功能及應用

　　2．1 整數增益的設置

　　2．1．1 增益值為4的PACblock配置

　　通常情況下，PACblock中單個輸入放大器的增益可在±1～±10的范圍內按整數步長進行調整。IA1和IA2是求和的關系，如果所求的增益在±10之間，那就只需用其中一個。如圖3所示，將IA1的增益設置為4，則可得到輸出電壓VOUT1相對于輸入電壓VIN1為4的增益。

　　2．2 小數增益的設置

　　2．2．1 精度為0．1的增益設置

　　為設置一個40．7的增益，可以由增益值為40開始，從輸入到輸出增加一個0．7的額外增益。有兩種方法給一個ispPAC10設計增加0．7的增益。

　　2．2．1．1 外部電阻分壓增益設置法

　　該方法是由輸入除以10，也就是（0．1 x Vin）。然后在另一個PACblock中把該電壓放大7倍，結果為（0．7×Vin）。

　　為了讓Vin除以10，需添加一個外部電阻器網絡，同時為避免加載輸入，應選用電阻值加起來≥100 kΩ的電阻器。

　　2．2．1．2 整數比率增益技術設置法

　　該方法是：當反饋元件OA為開路狀態，IA2輸入被連接到OA輸出時，IA1和IA2可以用來提供與它們增益值成比率的增益即IA1／IA2。

　　為了正確地實現這種技術，IA2的增益必須設置成負數。為獲取0．7的增益，需設置IA1為7，IA2為-10。表1列出了所有增益列表。采用這種技術不必使用外部電阻分壓器，維持了輸入阻抗1×109Ω。

　　2．2．2 精度為0．01的增益設置

　　如果需要小于1的增益，而在表1里沒有找到，或者需要一個小于0．1的增益，就必須采用外部電阻分壓增益設置法，并通過改變電阻值來推導出一個小分數輸入信號。如果需要一個40．27的增益，采用電阻分壓器的方法推導出除以100的輸入（見圖4）。用一個1．01 kΩ電阻器和兩個50 kΩ電阻器得到精度為0．01的數值（Vin×0．01），并乘以27得到（0．27×Vin），然后把產生的電壓加到增益為40的分級。如圖4已經被化簡成主要顯示（Vin×0．27）增益區域。此種設計方案的增益精度依賴于電阻分壓器網絡的精度。

　　4 結論

　　系統可編程模擬電路ispPAC能夠在單個芯片上實現信號的增益調整，無需使用一大堆的運算放大器、電阻、電容等模擬器件，其設計過程就是利用開發軟件PAC—Designer在計算機上進行電路原理圖設計，原理圖設計完成后，可利用開發軟件提供的仿真功能對所設計的電路進行增益仿真，然后下載到器件中，即完成設計。整個設計過程簡便、直觀、快捷、準確，且具有可反復編程、開發設計周期短、穩定可靠、成本和功耗低等特點。