采用ispPAC的濾波器設計步驟介紹

ispPAC簡(jiǎn)介

　　自1992年美國LatTIce公司推出了系統可編程（In-System Programmabliity）技術(shù)，增加了一種與傳統數字電子系統不同的設計和實(shí)現方法。在1999年底，Lattice公司又推出了系統內可編程模擬電路，又開(kāi)辟了一種模擬電路設計方法的新思維，為電子設計自動(dòng)化（EDA）技術(shù)開(kāi)拓了更為廣闊的前景。

　　同數字系統內可編程大規模集成電路（ispLSI）一樣，它使設計者用開(kāi)發(fā)軟件在計算機中設計、修改，并能進(jìn)行電路特性模擬，最后通過(guò)下載電纜將設計下載至芯片中。

　　系統內可編程器件可以實(shí)現三種基本功能：（1）信號調整；（2）信號處理（3）信號轉換。信號調整主要是對信號進(jìn)行放大、衰減、濾波。信號處理是人才濟濟對信號進(jìn)行求和、求差、積分運算。信號轉換是把數字信號轉換成模擬信號。目前已推出了三種器件：ispPAC10、ispPAC20和ispPAC80。它的開(kāi)發(fā)軟件為L(cháng)attice公司的PAC-Designer。

　　系統內可編程模擬電路具有可模擬信號進(jìn)行放大、轉換、濾波的功能，是通過(guò)器件內的多個(gè)功能塊的互聯(lián)并能對電路進(jìn)行重構以達到能調整電路的增益、帶寬和閾值。編程次數可達1萬(wàn)次。其內部結構及電路如圖1、2所示。

　　IspPAC10器件的結構由四個(gè)基本單元電路（PAC）、模擬布線(xiàn)池、配置存儲器、參考電壓，自動(dòng)校正單元和ISP接口所組成。器件用5V單電源供電?；締卧娐贩Q(chēng)用5V單電源供電?；締卧娐贩Q(chēng)為PAC塊（PAC block），它由兩個(gè)儀用放大器和一個(gè)輸出放大器所組成，配以電阻、電容構成一個(gè)真正的差分輸入/差分輸出的基本單元電路，如圖2所示。所謂真正的差分輸入/差分輸出是指每個(gè)儀用放大器有兩個(gè)輸入端，輸出放大器的輸出也有兩個(gè)輸出端。電路的輸入阻抗為10 9，共模抑制比為69dB，增益調整范圍不-10～+10倍。PAC塊中電路的增益和特性都可以用可編程的方法來(lái)改變，器件可配置成1～1萬(wàn)倍的各種增益。輸出放大器中的電容CF有128種值可供選擇。反饋電阻RF可以斷開(kāi)或連通。器件中的基本單元可以通過(guò)模擬布線(xiàn)池（Analog Routing Pool）實(shí)現互聯(lián)，以便實(shí)現各 種電路的組合。

　　每個(gè)PAC塊都可以獨立地構成電路，也可以采用級聯(lián)的方式構成電路，以實(shí)現復雜的模擬電路功能。例如，各個(gè)PAC塊作為獨立的電路工作，圖4（b）為四個(gè)PAC塊級聯(lián)構成一個(gè)復雜的電路。利用基本單元電路的組合可進(jìn)行放大、求二階有源濾波器和和梯型濾波器，且無(wú)需在器件外部連接電阻、電容元件。

　　濾波器的實(shí)現

　　在一個(gè)實(shí)際應用的電路系統中，它的輸入信號往往受干擾等因素，會(huì )含有一些不必要的噪聲成分，應當把它衰減到足夠小的程度，從而達到把我們需要的信號從輸入信號源中分離出來(lái)。而為了解決上述問(wèn)題，我們可以采用有源濾波器來(lái)實(shí)現。

　　下面介紹一下如何用在系統可編程模擬器件實(shí)現濾波器的設計方法。通常我們可以用三個(gè)運算放大器來(lái)實(shí)現雙二階型函數的電路。雙二階型函數能實(shí)現各種濾波器函數，如低通、高通、帶通、帶阻等。雙二階函數T(s)的表達式如下，式中m=1或n=1或0：

　　由于這種電路的靈敏度相當低，所以電路容易調整，而且這種電路的另一個(gè)顯著(zhù)特點(diǎn)是只需要附加少量的元件就能實(shí)現各種濾波器函數。這里我們以低通函數濾波器的實(shí)現為例，說(shuō)明設計的整個(gè)過(guò)程。例如，低通濾波器的轉移函數Tlp(s)如下：

　　整理后獲得：