EDA技术应用 实验例程 实验8 使用ispPAC20完成电压监测.doc

PAGE PAGE １７１ 实验八 使用ispPAC20完成电压监测 介绍 ispPAC20是lattice半导体公司在线可编程模拟器件（ISP）家族中的成员,在ispPAC家族中可构造的模拟模块代替传统的模拟组成部分，类似运算放大器和滤波器，而不用使用外部的电阻和电容。可编程模拟器件可在电路上被编程，编程使用的是基于WINDOWS视窗的 PAC-Designer软件。在使用PAC-Designer设计软件对设计进行模拟后，可被下载到芯片。芯片采用非易失性的E2CMOS技术，对电路的布局，增益和反馈电容值进行配置。 图72是ispPAC20的方框图。这个器件包括2个可编程增益模块，叫做PACblock，带差分的仪器检测-放大器的输入，差分的输出和可调的增益——从整数1到10可变。这些模块里的反馈电容可近似地从1 pF到63 pF的范围内改变，共有128种变化组合，用来设计滤波器。另外， 这些可编程模拟器件的反馈电阻可被打开，或者被闭合，所以，他们还可以作为积分器来使用。在一个输入的PACblock中，有一个双位置多路转换器，并且另外有一个反用换流器， 能从内部的某个节点被控制。另外，在ispPAC20内有8位的DAC和2个比较器。比较器连接能在可编程模拟器件的内部直接被配置，或者使用一外部的差分比较器。比较器的极限电压能通过DAC设置，另外，单个比较器的输出能通过寄存器对其计数，或者以第二个比较器方式使用一个异或门，或用这个门来驱动RS触发器作为逻辑功能的扩展。芯片的参考电压有效范围1.5 V到3.0 V（使用标准的2.50 V能带隙作为参考）。所有这些特点的使ispPAC20成为解决模拟电路问题的功能强大的可编程模拟器件。 图72 ispPAC20的模块结构图 在这个实验中，为了监视供电电压和其他的关键的电压，ispPAC20将进行相应的配置。与之相对应的增益和DAC控制的比较器临界值电压的结合能产生出非常多的监视电压选择。这些增益、DAC和比较器使ispPAC20成为这样的类似应用最理想的可编程模拟器件。 过压监视 对于一个电压信号，通过把它接在ispPAC20的一个输入脚上，并且，把PACblock放大器的输出接到比较器的输入上是典型的监视方法。当产生过压或欠压的条件时，比较器能输出相应的控制信号。另外，发生故障时，它也能用外部逻辑来登记。为了增加改进的DAC响应的灵敏度，把信号引入PACblock组成的滤波器进行滤波，或者利用高阻抗率的仪器检测-放大器作为输入，如果在需要的情况下。或者，它能直接被运用到比较器输入端。注意：当ispPAC20作为电压监视器时，CP1的输出寄存器应该被设置为“Direct”模式而不是“Clocked”模式。 如果微分的输入信号的电压是以2.50V为中心，并在且1V至4V的范围内时，那它们可直接和ispPAC20的输入端口连接。如果输入信号要设为2.50V的电压，就要使用耦合电容器和去耦电阻连接到内部参考电压，如果大于4V，将使用分压电阻器。当要监视Singl-ended输入时，可以把ispPAC20的2.50 V 能带隙作为参照使用,这样就可以提供出色的比较，偏移电压。我们可以使用它的这一性能特点，可以很简单的将被监视的信号接到IC的任何一个差分输入口的负输入脚上，把被监视的信号或其衰减接在正输入脚上。 图73 过压监测 图73显示监视的+5V供电的例子。为了让它可靠地工作，+5V信号必须依靠电阻器减弱到2.50 V附近。改变DAC输出将用来决定指定的衰减信号的变化量，但是，当它被设置为2.50 V的时候，仍可以达到最大的极限值。 为了核查在使用ispPAC20作为典型的供电监视的电路的细节，可以进一步看图73。就这个例子来说，如果是供电电压指定的是5 V±5 %，所以实际的电压范围是5.25 V～4.75 V。为了设置5.25 V的过压临界值，并要与ispPAC器件的2.50 V参考电压相匹配，那么就要对5V输入进行分压。将处理后的电压连接在IN2正输入脚上，负输入脚接在VREFOUT上，如图所示，正输入端对地接上一电容可以达到减少噪声和毛刺效果。我们使用的是IA3，为了减少毛刺或高频率的杂音的扩大，把OA2的反馈电容设置到了其最大值。把IN2接在IA3上，同时把IA3增益设置到10，以便使经相减得到的250 mV偏移变为1.25 V（0.250 V/2（从2.50 V到5.0 V）×10（PACblock的增益））=1.25 V 。注意：在比较之前放大输入监视信号以增加电路的敏感度。把OA2输出接在比较器CP1的正输入上，把其他的输入脚接到DAC输出上，DAC的输出范围是6 V（正负3 V差分电压）。因而LSB是23.4 mV。当供电超过5.253 V的时候，把DAC