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高性能模拟电路的可编程能力

菜鸟
2003-11-02 00:17:00    评分
凌特公司信号改善产品部 产品市场经理 Erik Soule 运算放大器、比较器、基准、滤波器和振荡器等模拟器件都是电子工程师进行系统设计 必需的工具。随着许多系统中的数字部分不断增加,设计人员都把信号调整链中有最高 参数要求的"高性能模拟"部分看作是许多系统中的关键之处。在许多产品中,模拟部分 仍然是设计工程师面临的主要难点之一。几乎所有模拟系统设计师都曾遇到过异常的寄 生电容、模拟/数字供电噪声耦合、器件容差容差叠加、错综复杂的交互感应等相关的" 最后一分钟"问题。 在生产过程中,设计人员总是希望永远不要由于电路板模拟部分引 起成品率损失,因为这一部分的问题是最难以捉摸和跟踪的。 今天,很少设计人员拥有 足够的时间或知识将高性能模拟功能有效地集成到系统中。 过去数年时间里,凌特公司及其它模拟器件供应商已经推出了可编程模拟IC,这是解决 这一问题的重要进展。这里讨论的并非带有8位ADC的微控制器,而是能够控制精确模拟 信号的芯片。 例如,对需要16位精度、尽可能低的噪声或最高线性度的信号进行调节就 意味着独特的设计挑战。 哪些可编程? 可调的稳压器和电压基准已经有30多年的历史。然而,直到最近一段时间,IC供应商最 终才将集成可编程模拟电路推向一个新的水平。现在,增益、功率、带宽、滤波器频率 响应、电流限制、振荡器频率以及ADC/DAC的调节都可在随意得到。如要将集成度再向前 推进一步,复杂的可编程模拟阵列可使用在灵活性非常关键的应用,但这通常要以牺牲 简单性、成本和性能为代价。传统的可编程运算放大器、振荡器、滤波器等器件可提供 "直接可用"的简单性,同时可保持非可编程器件的最主要参数。 为什么走向可编程? 并非所有的系统都能从可编程模拟模块中受益。但采用可编程模拟电路会带来如下优势: 设计灵活性 能够通过简单的电阻或软件改动调整关键的模拟功能,这可以大大缩短设计 时间,同时还可为工程师对不可避免的"最后一分钟"问题提供一个解决途径。比如,遇 到突然需要另外一种ADC器件,或传感器供应商不再供应设计所采用的桥接器等问题。如 果在信号通路中有一个可编程增益放大器(PGA),那么对此类电路进行修改就变得非常容 易。 可制造性 数字控制的运算放大器和滤波器使得在生产过程中进行自动化的在线电路校正 变得更为容易。部分滤波器如LTC1564,为增益和滤波器截止频率提供了一个4位的并行 端口。 更好的性能 通过微处理器控制信号链,可对关键参数进行动态调整。PGA是使所用ADC的 动态范围最大化的理想选择,因为利用可编程增益放大器可以保证输入信号尽量接近满 幅,而不会出现削波效应。有些放大器如LT1970还提供反馈以监控限流和热停机保护状 态。 降低材料清单(BOM)成本 在许多应用中,选择单片式可编程模拟器件可以在一块芯片中 同时集成一个运算放大器、胶合逻辑和几个被动器件,从而节省成本和空间。 例如,L TC6910运算放大器提供了三位增益控制,在仅11mm2大小的器件中提供了3位数的可编程 DC或AC增益。SoftSpan DAC现在可提供一个软件可编程的输出范围,从而省去了用于增 益范围转换所需要的精确电阻、开关和外部放大器。 降低库存要求 一个经常被忽视的优点是降低了库存要求,因此可编程器件通常可在同一 块电路板上用于多种用途,或者同时用于几种不同的产品。 由于需要的器件种类较少, 因此在进行更大批量购买时可获得更大的优惠。 图:LTC6910可编程增益放大器用作ADC驱动器以获得最大的动态范围 采用模拟还是数字方法? 器件可编程方法可分为两类:模拟和数字。模拟调节可利用电压控制输入完成,或通过 改变外部"设置"电阻的值来实现。 例如,采用凌特公司的LTC6902多相振荡器,输出频 率可利用单电阻来设置,而扩展频率调制的百分比可利用第二个电阻来调节。 如果有处理器串行端口或I/O线可以使用,模拟电路的数字控制也是一种吸引的选择。 串行(I2C 或 SPI)或并行接口同样流行,未来也仍将如此,选择何种接口完全取决于特 定系统的要求。但无论如何,有一种趋势非常清楚:高性能模拟芯片正在帮助提高器件 的灵活性和易用性,从而为模拟系统设计人员带来了激动人心的种种可能。



关键词: 高性能     模拟     电路     可编程     能力     放大器     器件    

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