可編程模擬IC集可編程和模擬于一身

對于工程師而言，設計、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計目標成為難以逾越、耗時費力的項目。最終設計需要謹慎權衡模擬與混合信號IC的整合，包括運算放大器、A/D和D/A轉換器、比較器、高壓驅動器、模擬開關，將這些IC硬件連接在一起，構建成模擬通道。

數(shù)字領域專業(yè)背景的工程師，不熟悉模擬設計，而模擬設計中的元件選擇、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，尤其是習慣使用可編程邏輯器件或FPGA的工程師，模擬電路的設計理念與其習慣性的設計思維相偏離。

不僅如此， 當今的工程師團隊還面臨另一挑戰(zhàn)：往往需要開發(fā)類似但又具有一定差異的基礎電路，以支持不同版本的最終產(chǎn)品。例如，設計一款核心電機控制器，可能需要根據(jù)不同系列電機對I/O進行量身定制，在范圍、驅動要求和性能指標方面都有細微不同。

為達到上述目的，項目團隊有兩種選擇，但兩種選擇都不輕松。他們可以構建單一、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。但這樣就必須進行獨立的調(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擔和不確定性(例如性能不確定)。

利用可編程模擬方案替代其他方案

Maxim Integrated推出的另一種設計模擬/混合信號電路方案能夠從根本上克服此類設計、調(diào)試缺乏靈活性，多版本設計，I/O不足以及軟件不確定性等問題。可編程模擬方案允許設計者在IC內(nèi)部配置模擬鏈路和拓撲，滿足特定的應用需求。

Maxim Integrated推出了專門針對I/O進行優(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)轉換器(ADC)和12位、多通道、帶緩沖輸出的數(shù)/模轉換器(DAC)。這些轉換器連接有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)字混合功能的應用，每個端口可獨立配置為從-10V至+10V四種電壓量程之一。

工作中，MAX11300由其主微控制器在上電時配置，然后獨立運行；這不僅可減輕處理器及其軟件負擔，也保證了I/O的確定性，不受其他處理器優(yōu)先權或中斷的影響?？膳渲眯耘c自主性相結合，使得該方案遠遠優(yōu)于微控制器模擬I/O器件。

可編程模擬設計示例

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風扇電機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。如果高端風扇電機控制器需要監(jiān)測額外的模擬信號(例如冷卻液流量)或其他控制點(例如執(zhí)行器和閥門)，可配制同一MAX11300監(jiān)測這些通道。有些大型電機為多個管道供風，需要檢測兩個溫度點，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。

可編程模擬IC的優(yōu)勢不僅限于靈活性和可配置性?；谟布姆桨敢馕吨?，一旦確立了模擬功能，即可固定地執(zhí)行任務，與系統(tǒng)微控制器并行工作。與基于軟件的模擬前端(AFE)設計不同，處理器可以按照自身的特性(例如速度、存儲器、I/O、電源和成本)要求選擇適當器件。從而在整體設計中折中考慮極少，并可將產(chǎn)品快速推向市場。

當今的項目具有較大開發(fā)風險。開發(fā)靈活性意味著很容易滿足設計要求的變化，無需電路板改版或重新布局。正像所有模擬電路設計者所了解的，"沒有什么大不了的，只是增加另一路模擬輸入而已"。使用這種可編程I/O器件，降低了設計和開發(fā)風險，所以設計者對進度和性能更有信心。單片IC以及材料清單(BOM)將支持多種版本的最終產(chǎn)品，例如小、中或大規(guī)模設計，或基礎架構、高級和全功能設計。即使模擬通道配置發(fā)生變化，PCB布局也保持不變。同時，微控制器軟件在很大程度上可重復利用。

此外，使用MAX11300不要求較高的模擬電路經(jīng)驗或元件選型，因而降低設計風險。電路位于IC本身內(nèi)部，設計者的任務是配置IC，簡單直接。

工具和支持使設計過程變得輕松

如果不能簡單配置，就失去了靈活、多功能混合信號元件的優(yōu)勢。幸運的是，對于那些熟悉FPGA和可編程邏輯器件，但不熟悉模擬電路的數(shù)字電路設計者，也很容易配置MAX11300。開始使用MAX11300的PIXI技術，甚至不需要讀完60頁的數(shù)據(jù)手冊。只需啟動圖形用戶界面(GUI)，即可看到使用簡單、熟悉、支持拖曳操作的環(huán)境，簡單且直觀地設置器件。

為加快應用，器件有多項硬件和支持選項，包括MAX11300評估板(EV)，提供經(jīng)過驗證的平臺，以評估MAX11300；也包括Windows XP、Windows Vista、Windows 7 和Windows 8.0/8.1兼容GUI，用于熟悉IC的特性。為簡化PIXI原型設計，MAX11300 PMB1外設模塊使MAX11300很容易連接到任意使用Pmod兼容擴展端口(配置為SPI進行通信)的系統(tǒng)。

集可編程和模擬于一身

傳統(tǒng)上，"模擬"和"可編程"是兩種風馬牛不相及的情形。但現(xiàn)在情況發(fā)生了變化，兩者支持相互替代。MAX11300等創(chuàng)新、可編程、模擬IC具有I/O和接口功能的靈活性，同時具有與主控制器相媲美的一致性、可預測性和獨立性。

MAX11300解決了模擬集成的兩個難題。一般情況下，集成度提高與設計靈活性是相悖的，而基于軟件的設計使得混合信號硬件功能也變得可靠、確定。MAX11300可完善數(shù)字邏輯，采用門陣列，允許用戶對其進行配置，以滿足特定的功能需求；基于軟件的處理器，通過執(zhí)行代碼提供可編程能力以及重復編程能力。