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(shè)計、評估和調(diào)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(shè)計目標(biāo)成為難以逾越、耗時費(fèi)力的項目。最終設(shè)計需要謹(jǐn)慎權(quán)衡模擬與混合信號IC的整合，包括運(yùn)算放大器、A/D和D/A轉(zhuǎn)換器、比較器、高壓驅(qū)動器、模擬開關(guān)，將這些IC硬件連接在一起，構(gòu)建成模擬通道。
　　數(shù)字領(lǐng)域?qū)I(yè)背景的工程師，不熟悉模擬設(shè)計，而模擬設(shè)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(chǎn)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(xí)慣使用可編程邏輯器件或FPGA的工程師，模擬電路的設(shè)計理念與其習(xí)慣性的設(shè)計思維相偏離。
　　不僅如此，當(dāng)今的工程師團(tuán)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(chǔ)電路，以支持不同版本的最終產(chǎn)品。例如，設(shè)計一款核心電機(jī)控制器，可能需要根據(jù)不同系列電機(jī)對I/O進(jìn)行量身定制，在范圍、驅(qū)動要求和性能指標(biāo)方面都有細(xì)微不同。
　　為達(dá)到上述目的，項目團(tuán)隊有兩種選擇，但兩種選擇都不輕松。他們可以構(gòu)建單一、包羅萬象的電路，內(nèi)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(shè)計時間、調(diào)試工作、元件、功耗以及成本；他們也可以定制開發(fā)設(shè)計PCB板，針對每一“版本”的最終產(chǎn)品開發(fā)一套。但這樣就必須進(jìn)行獨(dú)立的調(diào)試和測試程式，處理各種生產(chǎn)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(shè)計難題，最直接的想法，也是非常吸引人的方案，即采用內(nèi)嵌模擬I/O的微控制器，在軟件中實現(xiàn)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(shè)計缺陷和妥協(xié)，造成硬件性能的缺陷，軟件方面也有太大負(fù)擔(dān)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(shè)計模擬/混合信號電路方案能夠從根本上克服此類設(shè)計、調(diào)試缺乏靈活性，多版本設(shè)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(shè)計者在IC內(nèi)部配置模擬鏈路和拓?fù)?，滿足特定的應(yīng)用需求。
　　Maxim Integrated推出了專門針對I/O進(jìn)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(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和12位、多通道、帶緩沖輸出的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（DAC）。這些轉(zhuǎn)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(guān)端子。此外，器件具有一個內(nèi)部和兩個外部溫度傳感器，以分別跟蹤結(jié)溫和環(huán)境溫度的變化。MAX11300 PIXITM器件非常適合要求模擬和數(shù)字混合功能的應(yīng)用，每個端口可獨(dú)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(dú)立運(yùn)行；這不僅可減輕處理器及其軟件負(fù)擔(dān)，也保證了I/O的確定性，不受其他處理器優(yōu)先權(quán)或中斷的影響。可配置性與自主性相結(jié)合，使得該方案遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于微控制器模擬I/O器件。
　　可編程模擬設(shè)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(yīng)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(fēng)扇電機(jī)控制器的溫度控制就充分體現(xiàn)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(jī)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(fēng)扇電機(jī)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(diǎn)（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(jī)為多個管道供風(fēng)，需要檢測兩個溫度點(diǎn)，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。