可编程模拟器件与电子电路仿真软

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1、第10章可编程模拟器件与电子电路仿真软件210.1在系统可编程模拟电路（ispPAC）原理与应用210.1.1ispPAC10的结构和原理210.1.2其它ispPAC器件的结构和原理510.1.3ispPAC的典型应用910.2Multisim软件及其应用1010.2.1Multisim8的基本界面1010.2.2元件库1310.2.3仿真仪器2310.2.4仿真分析方法2410.2.5在模拟电路设计中的应用27思考题32习题32第10章可编程模拟器件与电子电路仿真软件内容提要近年来，模拟集成电路的设计工艺，模拟器件的功能，模拟电子电路的设计

2、方法、设计手段等得到了快速的发展。本章简单介绍功能可通过编程方式改变的模拟器件－ispPAC的原理及应用；改变了传统的模拟电子电路设计方法、设计手段的EDA软件－Multisim8的功能及应用。10.1在系统可编程模拟电路（ispPAC）原理与应用在系统可编程模拟电路(InSystemProgrammableAnalogCircuit，简称)是Lattice公司推出的一种新型模拟集成电路，目前主要有5种芯片：ispPAC10，ispPAC20，ispPAC30，ispPAC80和ispPAC81。通过开发软件PAC-Designer及相应的配套

3、硬件，可以改变ispPAC的内部连接和元件参数，从而获得用户所需的特定功能集成电路。在系统可编程模拟电路可用于工业自动化、电子测量、通信等领域。器件的在系统可编程性能给用户设计、修改电路带来了极大的方便，在PAC-Designer环境下，输入、编辑电路，进行电路特性仿真，仿真通过后，只要用编程电缆将计算机的并行口和电路板联接起来，就可将设计的电路下载至ispPAC中，完成硬件的设计和修改。10.1.1ispPAC10的结构和原理1.电路结构ispPAC10的功能方框图如图10-1所示，包括四个独立的PAC(ProgrammableAnalogC

4、ircuits)块、配置存贮器(ConfigurationMemory)、模拟布线池(ARP:AnalogRoutingPool)、参考电压＆自校正单元(Reference&Auto-Calibration)以及isp接口等。其中，PAC块是ispPAC的核心部分，ARP实现器件内部电路的互连、内部电路与输入/输出引脚之间的连接。ispPAC10的内部原理图如图10-2所示。2.PAC块的工作原理如图10-3所示，每一个PAC块由两个差分输入的仪表用放大器(IA1，IA2)和一个双端输出的输出放大器(OA1)组成。由于OA1兼有滤波/相加功能，

5、故该PAC块称为Fi/Sum(Filtering/Summation)PAC块。电路的输入阻抗高达109Ω，共模抑制比为69dB(输入信号频率为10KHz条件下测试)，增益调节范围为-10～+10。输出放大器的反馈电容CF有128种值(1pF~62pF)，反馈电阻RF可接入或断开。各PAC块或PAC块之间可通过模拟布线池ARP实现可编程和级联，以构成1~10000倍的放大器或复杂的滤波器电路。PAC块的内部结构如图10-4所示。两个仪表用放大器(IA1，IA2)是具有差分输入、差分输出的放大器，能够将输入差模电压转换为输出差模电流，如图10-5

6、所示，故这种放大器称为跨导运算放大器(OTA:OperationalTransconductanceAmplifeer)。该类电路是一种输入电压控制输出电流的增益器件，用跨导gm来表征其放大能力。当一对差模电压信号Ui+、Ui-输入时，输出端会产生正比于输入电压Ui=Ui+-Ui-的电流，即图10-1ispPAC10的功能方框图图10-2ispPAC10的内部原理图图10-3PAC块的等效电路图10-4PAC块的内部结构图10-5仪表用放大器结构(10-1-1)(10-1-2)式中，跨导gm在2μA/V和20μA/V范围内可分10级步进编程，且

7、其极性也可编程控制。输出放大器是一个双端输入双端输出的运算放大器，其中反馈支路中的电容CF是一个具有128种数值的可编程阵列，反馈放大器IAF的跨导gm固定为2μA/V，其等效为一个反馈电阻RF。RF的存在，便于组成信号求和电路或去除RF后构成理想积分器。对图10-4，假设只有一个输入信号Ui1加到IA1，对于a，b两点，根据基尔霍夫电流定理，有(10-1-3)即(10-1-4)式(10-1-4)中U+、U-分别为OA1同相、反相输入端的电压，Uo=Uo+-Uo-。根据运放的虚短特性，可知U-=U+，所以可得PAC块的传递函数为(10-1-5)

8、令s=jω，则有(10-1-6)式中，、分别为低频增益、上限截止角频率。由此可见，PAC块构成了一个有耗积分器（一阶低通滤波器）电路。与图7-37(d