可編程模擬IC將FPGA多功能性等優(yōu)勢帶入混合信號世界

　　對于工程師而言，設計、評估和調試帶有模擬輸入/輸出(I/O)接口的混合信號電路始終面臨巨大挑戰(zhàn)。真實世界與模擬信號鏈路的微妙之處以及惡劣的工作環(huán)境，往往使得看起來簡單直接的設計目標成為難以逾越、耗時費力的項目。最終設計需要謹慎權衡模擬與混合信號IC的整合，包括運算放大器、A/D和D/A轉換器、比較器、高壓驅動器、模擬開關，將這些IC硬件連接在一起，構建成模擬通道。

　　數字領域專業(yè)背景的工程師，不熟悉模擬設計，而模擬設計中的元件選擇、物理布局以及成本等問題直接影響基本電路的性能和產品上市時間，使得項目開發(fā)舉步維艱。對于這些工程師，尤其是習慣使用可編程邏輯器件或FPGA的工程師，模擬電路的設計理念與其習慣性的設計思維相偏離。

　　不僅如此，當今的工程師團隊還面臨另一挑戰(zhàn)：往往需要開發(fā)類似但又具有一定差異的基礎電路，以支持不同版本的最終產品。例如，設計一款核心電機控制器，可能需要根據不同系列電機對I/O進行量身定制，在范圍、驅動要求和性能指標方面都有細微不同。

　　為達到上述目的，項目團隊有兩種選擇，但兩種選擇都不輕松。他們可以構建單一、包羅萬象的電路，內置所有版本，而僅“打開”所需的配置。這種方法需要更多的資源：設計時間、調試工作、元件、功耗以及成本;他們也可以定制開發(fā)設計PCB板，針對每一“版本”的最終產品開發(fā)一套。但這樣就必須進行獨立的調試和測試程式，處理各種生產問題以及不同的BOM.無論哪種方式，都是一個耗時耗力的過程。

　　為克服這種設計難題，最直接的想法，也是非常吸引人的方案，即采用內嵌模擬I/O的微控制器，在軟件中實現盡量多的功能。但是，這種方法的效果往往不太好。有太多的設計缺陷和妥協，造成硬件性能的缺陷，軟件方面也有太大負擔和不確定性(例如性能不確定)。

　　利用可編程模擬方案替代其他方案

　　Maxim Integrated推出的另一種設計模擬/混合信號電路方案能夠從根本上克服此類設計、調試缺乏靈活性，多版本設計，I/O不足以及軟件不確定性等問題?？删幊棠M方案允許設計者在IC內部配置模擬鏈路和拓撲，滿足特定的應用需求。

　　Maxim Integrated推出了專門針對I/O進行優(yōu)化的可編程、高壓、混合信號IC，如圖1所示。該IC集成12位、多通道、模/數轉換器(ADC)和12位、多通道、帶緩沖輸出的數/模轉換器(DAC)。這些轉換器連接有20路混合信號、高壓、雙極性端口，每個端口可配置(或“可編程”)為ADC模擬輸入、DAC模擬輸出、通用輸入端口(GPI)、通用輸出端口(GPO)或模擬開關端子。此外，器件具有一個內部和兩個外部溫度傳感器，以分別跟蹤結溫和環(huán)境溫度的變化。MAX11300 PIXITM器件非常適合要求模擬和數字混合功能的應用，每個端口可獨立配置為從-10V至+10V四種電壓量程之一。

　　圖1 PIXI可編程、混合信號IO可提供20種用戶定義的可編程ADC、DAC功能

　　工作中，MAX11300由其主微控制器在上電時配置，然后獨立運行;這不僅可減輕處理器及其軟件負擔，也保證了I/O的確定性，不受其他處理器優(yōu)先權或中斷的影響?？膳渲眯耘c自主性相結合，使得該方案遠遠優(yōu)于微控制器模擬I/O器件。

　　可編程模擬設計示例

　　MAX11300非常適合于要求中等分辨率和速度的混合信號應用，例如基站RF功率器件的偏置控制器，用于光元件、電源監(jiān)測/排序、工業(yè)控制與自動化中的控制器。PWM風扇電機控制器的溫度控制就充分體現了該器件的靈活性和多功能性，如圖2所示。該控制功能的核心是溫度傳感器和電機控制DAC組成的閉環(huán)通路，受微控制器的高度監(jiān)控。如果高端風扇電機控制器需要監(jiān)測額外的模擬信號(例如冷卻液流量)或其他控制點(例如執(zhí)行器和閥門)，可配制同一MAX11300監(jiān)測這些通道。有些大型電機為多個管道供風，需要檢測兩個溫度點，而不僅僅是一個，對于這種情況，同樣可以配置同一MAX11300，支持需求的變化。

　　圖2 利用MAX11300進行控制和監(jiān)測