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可编程模拟IC可将FPGA的优势带入混合信号世界

2020年03月02日 13:45 次阅读

(文章来源:Radow)

对于工程师而言,设计、评估和调试带有模拟输入/输出(I/O)接口的混合信号电路始终面临巨大挑战。真实世界与模拟信号链路的微妙之处以及恶劣的工作环境,往往使得看起来简单直接的设计目标成为难以逾越、耗时费力的项目。最终设计需要谨慎权衡模拟与混合信号IC的整合,包括运算放大器、A/D和D/A转换器、比较器、高压驱动器、模拟开关,将这些IC硬件连接在一起,构建成模拟通道。

数字领域专业背景的工程师,不熟悉模拟设计,而模拟设计中的元件选择、物理布局以及成本等问题直接影响基本电路的性能和产品上市时间,使得项目开发举步维艰。对于这些工程师,尤其是习惯使用可编程逻辑器件FPGA的工程师,模拟电路的设计理念与其习惯性的设计思维相偏离。

不仅如此, 当今的工程师团队还面临另一挑战:往往需要开发类似但又具有一定差异的基础电路,以支持不同版本的最终产品。例如,设计一款核心电机控制器,可能需要根据不同系列电机对I/O进行量身定制,在范围、驱动要求和性能指标方面都有细微不同。

为达到上述目的,项目团队有两种选择,但两种选择都不轻松。他们可以构建单一、包罗万象的电路,内置所有版本,而仅"打开"所需的配置。这种方法需要更多的资源:设计时间、调试工作、元件、功耗以及成本;他们也可以定制开发设计PCB板,针对每一"版本"的最终产品开发一套。但这样就必须进行独立的调试和测试程式,处理各种生产问题以及不同的BOM。无论哪种方式,都是一个耗时耗力的过程。

为克服这种设计难题,最直接的想法,也是非常吸引人的方案,即采用内嵌模拟I/O的微控制器,在软件中实现尽量多的功能。但是,这种方法的效果往往不太好。有太多的设计缺陷和妥协,造成硬件性能的缺陷,软件方面也有太大负担和不确定性(例如性能不确定)。

Maxim Integrated推出的另一种设计模拟/混合信号电路方案能够从根本上克服此类设计、调试缺乏灵活性,多版本设计,I/O不足以及软件不确定性等问题。可编程模拟方案允许设计者在IC内部配置模拟链路和拓扑,满足特定的应用需求。

Maxim Integrated推出了专门针对I/O进行优化的可编程、高压、混合信号IC,如图所示。该IC集成12位、多通道、模/数转换器(ADC)和12位、多通道、带缓冲输出的数/模转换器(DAC)。这些转换器连接有20路混合信号、高压、双极性端口,每个端口可配置(或"可编程")为ADC模拟输入、DAC模拟输出、通用输入端口(GPI)、通用输出端口(GPO)或模拟开关端子

可编程模拟IC可将FPGA的优势带入混合信号世界

此外,器件具有一个内部和两个外部温度传感器,以分别跟踪结温和环境温度的变化。MAX11300 PIXITM器件非常适合要求模拟和数字混合功能的应用,每个端口可独立配置为从-10V至+10V四种电压量程之一。工作中,MAX11300由其主微控制器在上电时配置,然后独立运行;这不仅可减轻处理器及其软件负担,也保证了I/O的确定性,不受其他处理器优先权或中断的影响。可配置性与自主性相结合,使得该方案远远优于微控制器模拟I/O器件。

(责任编辑:fqj)

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