ispPAC芯片增益的調整

實驗十一、ispPAC芯片增益的調整
一? 實驗目的
1掌握可編程模擬器件及其開發軟件PAC-Designer基本使用，包括進行電路特性的模擬。
2? 掌握Lattice公司器件ispPAC10的設計方法。
二? 實驗設備與儀器
1? 計算機
2 Lattice公司開發軟件PAC-Designer
3? EDA–V型實驗箱
三? 實驗內容
用ispPAC10作為差分模擬信號增益放大。ispPAC10包含有四個可編程的模擬單元塊稱之為PACBlock，每一個PACBlock的結構圖如圖12-1所示。每一個PACBlock含有一個帶差分輸出的求和放大器（OA）和兩個差分輸入儀器用放大器（IA），兩個IA的增益范圍在±1~±10之間。OA的反饋路徑包括一個有固定增益的能夠轉變成輸入或輸出的部件，又有一可編程的電容陣列，當這個PAC芯片作為一個可變的濾波器時，這個陣列一共有120多種不同的值。每個PACBlock把兩個擁有各自獨立的增益調節和反向設置的差分信號進行求和來得到一個放大器（當反饋網絡閉合時）或一個積分器（當反饋網絡打開時）。
增益的設定、反饋、電容值和內部不同PACBlock之間的電氣連接都是通過ispPAC10內部的E2CMOS單元配置的，芯片的配置是通過軟件和通過JTAG下載電纜下載的，更多的信息請查閱ispPAC10芯片手冊。

圖12-1?? 一個PACBlock

四? 實驗原理
在一般的操作中，PACBlock的增益以整數方式更換。如果需要更小級的改變或電路上需要有小于1的增益調整，那么我們可以利用圖12-2所示的電路進行調整，在這種連接方式中，允許用戶對每一個輸入的增益進行調整，但需在芯片外部接一個分壓網絡，從輸入信號中引出一部分來維持其穩定，這個電壓被放大后送到求和運放，產生比較小的增益或衰減，輸送到另一個PACBlock的輸入。
在這個實驗中，IA2和IA3用于量級很小的增益設置，因為它們每一個都能在±10的范圍內改變增益值，將產100級的調整，步值或增量是隨著IA2和IA3的增益與外部衰減網絡的衰減系數的乘積而變化的。例如，如果需要一個0.1%的增量，衰減網絡的衰減系數為1/1000，增益范圍變為±10%，或者；如果要得到1%步值，分配衰減網絡的衰減系數為1/100 ，同時范圍為±100%。采樣電路元件的參數值已標記在? 圖21中，在這個參數內，其采樣比率為1/1000，可以把參數值增加至100K或更大來獲得更小采樣值。采樣出來的信號通過兩個放大器，每一個放大器都有±10的增益因素（IA3和IA2），輸出結果將于IA1的輸出相加。在這個例子中，如果在Vin輸入1V的電壓，分壓網絡中將有1mV的電壓流過100Ω的電阻，因此，如果IA2和IA3的值設為10，在相加的結點上所得到的值為±100mV。檢驗這個傳遞的DC增益效率：Vout=(Vin*IA1)+(Vin*IA3*IA2*K)，其中K的值為取樣網絡的取樣比率（如1/1000，可隨時改變），如果這個比率足夠小，這樣增益調節范圍就會小于1。
值得注意的是，如果需要更大范圍的增益，則這個100Ω的電阻的值可以增加，最大值為1.01KΩ（整個調節范圍變為±100%），把電阻的值改變為1.01KΩ，則每一步的增量變為1%。
同樣，我們也可以只用一個PACBlock，采用上面所用到的方法，而得到一個±10%的范圍。電路如圖12-3所示，在這個電路中，100Ω的電阻給出±1%的調整范圍，當阻值為1.01KΩ是，其范圍為±10%，計算公式為：
??????? Vout=(Vin*IA1)+(Vin* IA2*K)
這樣，我們就可以得出一個PACBlock用作其他用途。

圖12-2??? PACBlock的小數級增益調整連接圖

圖12-3?? 用單個PACBlock的增益調整方法
五? 實驗步驟
1? 運行PAC Designer，新建一個原理圖，按照原理圖20連接電路，將IA1的增益設置為2；從實驗箱上可變電位器輸出模塊提取直流信號，接到PAC適配器模塊的IN1-，IN1+接VREFOUT。將可變電位器輸出調節至2.3V，測量PAC適配器模塊OUT區域IN1+和IN1-的差分輸出電壓值，檢驗輸出與理論值是否相符。注意差分輸入電壓值和增益值的設定不要使輸出飽和。
2? 在原理圖中連接出如圖12-2或圖12-3所示的電路，利用上面所列的公式計算出所要的IA的值，并在原理圖中設置好，最后開啟實驗系統電源，進行仿真下載至芯片中。
完成圖示12-2或12-3所示電路，接線如下：
3? 關閉電源。用實驗導線將SIN-OUT 312KHz的輸出接到Diff? IN，將差分信號輸出端口（Diff out-、Diff out+）分別經過電容隔直（電容可取0.1uf），再與PAC芯片的輸入端口IN區域的1+和1-連接，再用導線將輸入端口IN區域的1+和1-分別經過兩個電阻（可取為20K）接到VREFOUT。
4? 從左邊的電阻電容擴展區中搭接出如圖21或圖22所示的取樣電路。
輸出觀測點在OUT 區域的1+和1-。如果取樣電路產生的小數增益太小，輸出不便觀測，可適當增大取樣值，可將100Ω改為10KΩ。

六? 記錄實驗結果并完成實驗報告
在實驗過程中，設定一個增益值可多次修改輸入，記錄輸出值，計算衰減度，與用計算機仿真所測的對應該頻率和增益值時的衰減度相比較，有無誤差，分析誤差的來源。
修改增益值，重新仿真和下載，繼續測量，分析誤差的來源。填寫下表：
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