利用一颗可编程模拟IC取代数十颗芯片.doc

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1、利用一颗可编程模拟IC取代数十颗芯片利用一颗可编程模拟IC取代数十颗芯片　　LinkedIn如同当今半导体行业内几乎所有事情一样，硬件系统设计师也正在极力做到少花钱多办事。当您增加新的单功能集成电路（IC）时，您需要花费时间进行评估、阅读新数据资料，甚至寻求IC厂商的支持。每种器件都需要采购、库存、建立产品编号以及执行附加审核和运作。所有这些时间、劳力以及库存空间加起来，维持一种新IC所需的费用通常在大约$600至$800/年。　　一般普遍认为，您可重用的设计越多，上市时间就越快；同时也将把成本、风险以及设计复杂度降至最低。本文中，我们讨论

2、可编程模拟器件，包括其工作原理以及对设计者的好处。我们希望——好处多多！　　有效的重用设计最大程度缩短上市时间　　作为IC系统设计师，您会将什么放在理想的可编程模拟器件中？首先从20个端口的可编程ADC、DAC、数字IO、开关、电平转换器，以及内部和外部温度传感器连接开始，使任意端口都可配置为以上任意功能。您可以尝试MAX11300，来看看该器件能为您带来什么实际好处？　　考虑以下情况。许多时候，设计者仍然需要低于地电势的电压以及真正的双极性能力。可能是用于传统的-10V工业信号，或者为了保留一定裕量，将放大器的负电源偏置到略低于地电势。或

3、者用于传感器略微为负的电压。利用MAX11300可编程模拟IC，ADC和DAC提供真正的12位精度（±1LSBDNL和INL）。输入和输出可以为单极性或真正的双极性（±5V或0至-10V），以满足工业应用。由于许多最新的混合信号IC设计为单极性输入和输出，一般为地电势（0V）至3.3V或5V，双极性的灵活性尤其有利。　　需要额外更多IO？没问题。您由于升级至新微控制器而需要3.3V至1.8V电平转换器？完全搞定。需要差分输入ADC来测量检流电阻？可编程模拟器件也完全支持。　　实际应用中的射频功率放大器（PA）控制　　当今的电子系统中，系统检

4、测和控制至关重要。射频（RF）基站就是最好的例子。由于环境条件和无线设备的数量不断变化，需要持续控制和监测基站内的功率晶体管，以优化电源效率。毫无疑问，您需要多个ADC、DAC以及模拟开关来动态实施系统监测。　　检测电阻两端的高性能ADC能够高精度测量功率晶体管的栅-源电压以及通过的电流。也需要测量功率晶体管的温度，以确保未发生过热。晶体管过热时，需要快速连接对地开关，以防这些昂贵的功率晶体管热击穿和损坏。为实现最大效率，需要调整晶体管的栅极电压。　　图1所示为RF基站应用。其中集成了外部电源、电流检测放大器、隔离和微控制器。仅使用一片可编

5、程模拟IC——MAX11300——偏置和检测2级RFPA频分双工（FDD）和时分复用（TDD）。使用了Infineon？PTMA210152M15W、两级PA，但也可使用任何相当的PA。　　本例中，微控制器（或微处理器）与ADC及DAC持续通信，并使用多个查找表。MAX11300可快速实现测量内部或外部温度、更改DAC值所需的任何模拟功能，或者在200ns内闭合开关，以防功率晶体管热击穿。　　现代化基站也需要功率管上的栅极负电压，例如DAC可输出负电压。MAX11300提供多种负输出电压范围（±5V或0至-10V）。　　图1.参考设计（MA

6、XREFDES39#）原理图，偏置和监测基站中的射频功率放大器。为增加通用性，MAX11300配置为6个单端ADC、4个DAC、2个开关和2个通用输出（GPO）。　　通过控制和监测提高系统可靠性　　当今的系统需要保证99.999%（或更高）时间的正常运行，有时也称为5个9。这意味着系统几乎保证时刻运行，无论是炼油厂、汽车生产线还是食品加工厂。　　所以，问题在于真实的系统可靠性。设计者必须第一时间知道特定的分立式元件是否工作异常，例如电阻、电感、电容或IC。在元件或IC失效之前，及时捕获这些状态，就能够实现更长的工作时间、更高的工厂产量、更高

7、的系统可靠性，并取得最终用户的欢心。　　图2所示为详细的常见控制和监测（或系统辅助功能）诊断功能，确保系统的电源电压和温度均工作在最佳范围。如果没有这样的诊断功能，产品可能在现场失效或发生间歇性故障。　　图2.采用MAX11300可编程混合信号I/O器件的控制和监测示例。本例监测和控制一对外部电流检测放大器、电位计、风扇、温度二极管，以及一对用于I2C时钟和数据线的电平转换器。　　从图2中的左上部开始顺时针方向，顶部的4个端口作为I2C接口的数字I/O。传感器的5V时钟（SCL）和数据线（SDA）被转换至系统控制器的3.3V逻辑电平。时钟信

8、号为单向，数据线为双向，可用于读和写操作。　　其中一个DAC用于编程产生至负载的模拟电压输出。本例中，选择的是4–20mA输出环路。其中一个ADC通道用于检查DAC电压是否符合预