智能模擬設計套件解決高速模擬接口的混合信號設計

雖然計算機以數(shù)字方式處理數(shù)據(jù)，但它們所處的環(huán)境，更不用說使用它們的人，本質(zhì)上是模擬的。設計高速模擬接口是一個眾所周知的挑戰(zhàn)過程，僅次于調(diào)試它們。由于工業(yè)，醫(yī)療和消費電子產(chǎn)品變得越來越復雜，快速解決模擬/混合信號設計問題變得越來越重要?；旌闲盘栐O計的一個主要挑戰(zhàn)是調(diào)試降低模擬信號完整性的噪聲源;在復雜的混合信號設計中，眾多傳感器和I/O通道可能會競爭對MCU的訪問，解決通信瓶頸同樣具有挑戰(zhàn)性。 Microchip的PIC24F GC系列16位MCU通過將眾多模擬外設集成到MCU上來解決這兩個問題，Microchip稱之為智能模擬。降低模擬信號完整性的噪聲源已經(jīng)過調(diào)試;由于模擬器位于芯片上，因此消除了與MCU通信的瓶頸。

用于PIC24F的Microchip DM240015 MPLAB入門工具包（圖1）是基于PIC24FJ128GC010 MCU的綜合開發(fā)套件。 Microchip聲稱該套件包含“客戶開發(fā)手持式模擬應用原型所需的95％。”考慮到集成在芯片上并可從電路板訪問的各種模擬外設，這是完全可能的。

圖1：用于PIC24F MCU的Microchip DM240015 MPLAB入門工具包

PIC24F GC芯片的概述包括一個完整的信號鏈，包括一個16位ΣΔADC和一個12- bit 10 Msample/s流水線ADC，用于PIC MCU的第一，以及10位1 Msample/s DAC;雙運算放大器;三個比較器;和三個可編程電壓基準。所有模擬功能均由互連開關(guān)矩陣控制，可以連接芯片內(nèi)的模擬模塊，減少與I/O引腳的連接數(shù)量，降低噪聲并提高吞吐量。

PIC24 GC MCU圍繞16- MIPS 32 MHz CPU內(nèi)核，具有64至128 KB的閃存，8 KB的RAM和6個DMA通道。圖2中的框圖顯示了智能模擬模塊中包含的模塊。外設引腳選擇模塊包括各種定時器和通信外設，可以映射到備用引腳，而不會影響對模擬功能的訪問。

圖2：PIC24F GC框圖（由Microchip提供） ）

XLP或eXtreme Low Power技術(shù)使芯片在運行時消耗180μA/MHz，在睡眠時僅消耗18 nA。從睡眠狀態(tài)喚醒有多種方法，包括低功耗定時器，實時時鐘和中斷。有多種外設可支持顯示，串行通信和用戶輸入。 DMA通過CPU和外設實現(xiàn)多任務處理。

PIC24 GC系列是采用智能模擬方法的最新PIC MCU;零件可應用于數(shù)字電源，電機控制和LED照明。 PIC24 GC MCU利用其更高程度的模擬集成和更低功耗來瞄準便攜式醫(yī)療和工業(yè)產(chǎn)品，包括血壓計，血糖儀，脈搏血氧儀，可穿戴傳感器，實驗室儀器，手持式測光表，便攜式氣體傳感器和高速傳感器陣列。

Microchip在PIC24 GC周圍設計了一個血糖儀。測試條有各種化學成分，因此設計人員可以使用16位精度或高速采樣和數(shù)字濾波來捕獲高度變化的信號。但是，由于“GC”系列具有快速ADC和高精度ADC，因此可以測量各種條帶。 LCD控制器可以處理472段顯示器，即使是最小的顯示器也可以實現(xiàn)嵌套菜單。最后，假設用戶每天測量他或她的血糖五次，那么儀表上會發(fā)出警報通知用戶何時測試，最后，每次通過USB上傳數(shù)據(jù)，單個CR2032 （225 mAh）紐扣電池應持續(xù)約10年，141天，平均電流為2.2μA（圖3）。 5.8 mA的峰值電流小于電池的最大額定容量，即12 mA

圖3：來自Batter Life Estimator的血糖儀（由Microchip提供）。

演示程序

入門套件旨在介紹PIC24FJ128GC010系列模擬微控制器并展示廣泛片上模擬功能范圍。實際上，它相當詳細地展示了電路板的模擬功能。一旦啟動電路板，演示程序就會啟動。多節(jié)點程序演示：

模擬16位ADC - 執(zhí)行精確數(shù)據(jù)記錄，通過USB在LCD屏幕和PC上顯示結(jié)果

模擬12位ADC - 測量傳感器數(shù)據(jù)來自光傳感器，電位計和端口引腳，通過USB將此數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C

模擬10位DAC - 為耳機插孔生成音頻音調(diào)

LCD文本 - 左/通過mTouch按鈕控制向右滾動和菜單

LCD圖形 - 在LCK上顯示條形圖和正弦波

LCD時鐘 - 設置時間和時間功能

LCD測試 - 循環(huán)顯示圖標并顯示相關(guān)文本

麥克風 - 執(zhí)行12位ADC測量，在LCD上顯示條形圖

溫度 - 以°C或°F顯示當前溫度

睡眠 - 斷電和顯示時間

一個大的（4英寸對角線）472段LCD屏幕顯示每個演示程序的結(jié)果;屏幕上裝有許多圖標，您可以將這些圖標合并到您自己的程序中。

該板包括一個模擬連接器，可插入面包板以便于訪問模擬外設，以及一個用于添加RF連接的擴展區(qū)域。三個觸敏鍵盤由MCU的充電時間測量單元（CTMU）控制，它使用恒流源檢測焊盤電容的變化。

該套件附帶示例程序的源代碼用于Microchip的免費MPLAB X IDE，您需要對該板進行編程。 Microchip包含PICKit On-Board（PKOB）調(diào)試器，您可以通過該調(diào)試器為電路板供電，以及重新編程電路板。 “用于智能集成模擬的MPLAB入門工具包”包括編譯器，鏈接器和相關(guān)工具，以及用戶指南，解釋了它的工作原理。

PIC24FJ128GC010微控制器的低工作電流（7 mA）意味著整個電路板可以通過USB連接供電，也可以通過電池供電。運行演示應用程序時，整個入門工具包本身從USB主機吸收大約25 mA電流。

一旦安裝了最新版本的MPLAB，XC 16編譯器和套件驅(qū)動程序，MPLAB會在連接時識別電路板它到J6，PICKit板載USB連接器。如果您熟悉MPLAB，無論是當前的MPLAB X還是MPLAB 8，都可以直接編譯，鏈接和閃存程序到板上。