用可编程模拟器件ispPAC20的温度控制

可编程模拟器件ispPAC20的应用 ［作者：邓重一 转贴自：北极星电技术 点击数： 【字体： A 】 286 更新时间：2005-12-21 摘 要：介绍了ispPAC20的内部结构及其特点，并描述了将他作为信号监测芯片构成的温度监测电路，最终实现了该电路。 关键词：可编程模拟器件；ispPAC20；信号监测；温度传感器；PAC-Designer 软件 1 概 述 美国Lattice芯片公司的在系统可编程模拟器件ispPAC到目前为止已推出了5种：ispPAC10，ispPAC20，ispPAC30，ispPAC80，ispPAC81。在系统可编程模拟器件可实现3种功能：信号处理、信号调理和信号转换。信号调理主要是指对信号进行放大、衰减、滤波；信号处理是指对信号进行求和、求差、积分等运算；信号转换是指能把数字信号转换成模拟信号。以上5种芯片应用的侧重点不同，ispPAC10适合于信号的调理和滤波；ispPAC20适合于信号的转换和监视；ispPAC30适合于做通用的模拟前段；ispPAC80与ispPAC81可以方便地实现多种类型的5滤波器电路。在系统可编程模拟器件已成功地应用于音响设备、医疗设备、测试设备、计算机外围设备以及数据采集系统、监控系统和机器人、工厂自动化等诸多领域。 2 ispPAC20的内部结构特性及原理 2．1 结构特性 ispPAC20内包含有2个PAC块、2个比较器CP、1个数模转换器DAC以及模拟布线区、配置存储器、参考电压、自校正、isp接口等电路。内部结构框图如图1所示。 管脚图如图2所示。

性能特点归结如下： （1）在系统可编模拟器件

①两个仪器级增益／衰减可调运算放大器。

②信号叠加（3输入）。

③高精度可调滤波器（10～100 kHz）。 ④8位DAC及快速的双重比较器。

⑤采用非易性数字E2COMS结构单元（10 000cycles）。

⑥采用IEEE1149．1 JTAG接口编程。

（2）线性单元模块

①可编程的增益范围（0～40 dB）。 ②带宽为550 kHz（G＝1），330 kHz（G＝10）。 ③低失真率（THD（－74 dB，F＝10 kHz））。

④自动调整输入偏置电压。 （3）真实的差分I／O口

①放大器输入口拥有更高的CMR（69 dB）。 ②芯片内建2．5 V的参考基准电压。

③RAIL-TO-RAIL电压输出。

④单5 V电源供电。 （4）44脚标准PLCC封装 （5）完整的应用方案 ①单＋5 V电源信号调节。

②可变滤波器、增益调节、信号迭加模块。

③12位A／D，D／A的前后级通道。

④高精度电源控制振荡器。

⑤同步检测电路。

⑥高精度检测及其他非线性功能。 ispPAC20内部模拟电路原理图如图3所示。

2．2 原 理 （1）DAC

这是一个8位电压输出的DAC，且输出为完全差分方式，其输出可与器件内部的比较器和仪器放大器连接，也可直接输出。

其接口方式可由用户选择，有8位的并行方式、串行JTAG寻址方式、串行SPI寻址方式。

（2）比较器

ispPAC20中有两个可编程的双差分输入比较器，工作原理与常规的比较器一样。当同相（＋）输入端电压相对于反相（—）输入端电压为正时，比较器输出高电平；否则，输出低电平。与常规比较器不同的是，该比较器的每个输入端都是差分输入方

式，有Vin与Vin端，输入端电压定义为Vin—Vin。比较器是对2个差分电压进行比较。比较器的输入可以

是外部信号，也可以是器件内部的信号。

＋

－

＋

－

（3）PAC块

ispPAC块中有2个PAC块，第1个PAC块的IA1前有一个受MSEL管脚控制的多路选择器。当MSEL为低电平时，a端与I

A1相连；当MSEL为高电平时，b端与IA1接通。器件出厂时，MSEL在内部接地，默认为低电平。

第2个PAC块的IA4前有一个极性控制电路，当该电路设置为PC管脚控制方式时，仅当PC管脚接低电平时，输入信号才改变极性后送给IA4，当PC管脚接高电平时，输入信号不改变极性直接送给IA4。是否改极性由设计者自己编程决定。IA4的增益与其他3个仪器放大器的增益设置不同，其他3个仪器放大器的增益可以设置为±1～±10之间的整数，而IA4的 33增益只能设置为－1～－10之间的整数。但配合极性控制，仍可得到正的增益。如IA4的增益设置为－7，令PC为低电平，改

变输入信号的极性，这时IA4的等效增益相当于－7×－1，等于7。

在IA4前增加的具有极性控制功能的电路是为了某些特殊应用，改进后的这个电路还具有增大回转速率的功能。IA4的极

性控制方式可由设计者选择为：固定方式、PC管脚方式、RS触发器方式和CP1输出控制方式。

3 应用实例

在这个实例中，将ispPAC20配置成一个温度监测芯片，通过与外部的温度传感器进行连接来实现温度的控制。通过增益和DAC转换所提供的极限比较电压的组合提供了很多有效的监测选择。PAC芯片用来把从半导体温度传感器输出的信号进行放

大并得出偏差，最后送到他的一个比较器中，这个信号最终将根据温度的高低用来控制一个加热或致冷器件。

图4是检测电路，半导体传感器的VBE偏压是通过OA1输出的2．5 V参考电压提供的，这种晶体管的射极截止电流近似为100μA，产生的VBE近似等于590 mV，同样，一个接在相同的参考源的电阻分压电路产生一个近似1．91 V的比较电压，额外偏置的产生是通过R4来有效地提高指定的温度范围，在这个温度范围内，DAC可以通过编程来随意地输出任何所需的极限电压，

各个元器件的参数值如图4所示。

在图中R4大约有185μA电流通过，产生的电压约为74．5 mV，当被放大10倍并反向后，所对应的温度大约为30℃，温

度范围为－5～＋115℃。如要设定极限比较为85℃，那么DAC的输出电压应被定为（85－25＝60℃），－30℃（补偿为30℃），相应地超出2．5 V大约为0．741 V，即为3．241 V，可以在DAC中设定为A0H，这样就得到一个超出2．5 V大约为0．7500 V的电压值，接近所需的电压。其他的温度范围和补偿及偏差可以通过设定PACBLOCK的增益和电阻的阻值来实现设置。极限电压可以以每步23．4 mV的值变化，大约为从PACBLOCK输出的24．7 mV／℃的0．947倍。把比较器的滞后功能设为ON状态时，在电路中相应的偏差为46．8 mV或约1．9℃（增益为10），这样就有充分的时间给温度控制电路去加热或致冷。

4 结 语

ispPAC20是Lattice半导体公司在线可编程模拟器件（ISP）家族中的成员，用于信号监测和处理方面是极好的电路。其开发软件是基于Windows的PAC Designer。在使用PAC-Designer设计软件对设计进行模拟后，可下载到芯片中。芯片采用非

易失性的E2COMS存储器技术，对电路的布局，增益和反馈电容进行配置。

参考文献

［1］ 梅霆，黄正瑾，等．可编程模拟器件设计及ispPAC30应用［J］．电子技术，2002（6）．

［2］ 陈恒．在系统可编程模拟电路［J］．电子与自动化，2000（2）． ［3］ 赵不贿，等.在系统可编程器件与开发技术[M].北京:机械工业出版社,2001. ［4］ 张永瑞,刘振起,等.电子测量技术基础[M].西安:西安电子科技大学出版社,2000.

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/7mm5.html