ispPAC芯片增益的調(diào)整

實驗十一、ispPAC芯片增益的調(diào)整
一? 實驗?zāi)康?br>1掌握可編程模擬器件及其開發(fā)軟件PAC-Designer基本使用，包括進(jìn)行電路特性的模擬。
2? 掌握Lattice公司器件ispPAC10的設(shè)計方法。
二? 實驗設(shè)備與儀器
1? 計算機(jī)
2 Lattice公司開發(fā)軟件PAC-Designer
3? EDA–V型實驗箱
三? 實驗內(nèi)容
用ispPAC10作為差分模擬信號增益放大。ispPAC10包含有四個可編程的模擬單元塊稱之為PACBlock，每一個PACBlock的結(jié)構(gòu)圖如圖12-1所示。每一個PACBlock含有一個帶差分輸出的求和放大器（OA）和兩個差分輸入儀器用放大器（IA），兩個IA的增益范圍在±1~±10之間。OA的反饋路徑包括一個有固定增益的能夠轉(zhuǎn)變成輸入或輸出的部件，又有一可編程的電容陣列，當(dāng)這個PAC芯片作為一個可變的濾波器時，這個陣列一共有120多種不同的值。每個PACBlock把兩個擁有各自獨(dú)立的增益調(diào)節(jié)和反向設(shè)置的差分信號進(jìn)行求和來得到一個放大器（當(dāng)反饋網(wǎng)絡(luò)閉合時）或一個積分器（當(dāng)反饋網(wǎng)絡(luò)打開時）。
增益的設(shè)定、反饋、電容值和內(nèi)部不同PACBlock之間的電氣連接都是通過ispPAC10內(nèi)部的E2CMOS單元配置的，芯片的配置是通過軟件和通過JTAG下載電纜下載的，更多的信息請查閱ispPAC10芯片手冊。

圖12-1?? 一個PACBlock

四? 實驗原理
在一般的操作中，PACBlock的增益以整數(shù)方式更換。如果需要更小級的改變或電路上需要有小于1的增益調(diào)整，那么我們可以利用圖12-2所示的電路進(jìn)行調(diào)整，在這種連接方式中，允許用戶對每一個輸入的增益進(jìn)行調(diào)整，但需在芯片外部接一個分壓網(wǎng)絡(luò)，從輸入信號中引出一部分來維持其穩(wěn)定，這個電壓被放大后送到求和運(yùn)放，產(chǎn)生比較小的增益或衰減，輸送到另一個PACBlock的輸入。
在這個實驗中，IA2和IA3用于量級很小的增益設(shè)置，因為它們每一個都能在±10的范圍內(nèi)改變增益值，將產(chǎn)100級的調(diào)整，步值或增量是隨著IA2和IA3的增益與外部衰減網(wǎng)絡(luò)的衰減系數(shù)的乘積而變化的。例如，如果需要一個0.1%的增量，衰減網(wǎng)絡(luò)的衰減系數(shù)為1/1000，增益范圍變?yōu)椤?0%，或者；如果要得到1%步值，分配衰減網(wǎng)絡(luò)的衰減系數(shù)為1/100 ，同時范圍為±100%。采樣電路元件的參數(shù)值已標(biāo)記在? 圖21中，在這個參數(shù)內(nèi)，其采樣比率為1/1000，可以把參數(shù)值增加至100K或更大來獲得更小采樣值。采樣出來的信號通過兩個放大器，每一個放大器都有±10的增益因素（IA3和IA2），輸出結(jié)果將于IA1的輸出相加。在這個例子中，如果在Vin輸入1V的電壓，分壓網(wǎng)絡(luò)中將有1mV的電壓流過100Ω的電阻，因此，如果IA2和IA3的值設(shè)為10，在相加的結(jié)點(diǎn)上所得到的值為±100mV。檢驗這個傳遞的DC增益效率：Vout=(Vin*IA1)+(Vin*IA3*IA2*K)，其中K的值為取樣網(wǎng)絡(luò)的取樣比率（如1/1000，可隨時改變），如果這個比率足夠小，這樣增益調(diào)節(jié)范圍就會小于1。
值得注意的是，如果需要更大范圍的增益，則這個100Ω的電阻的值可以增加，最大值為1.01KΩ（整個調(diào)節(jié)范圍變?yōu)椤?00%），把電阻的值改變?yōu)?.01KΩ，則每一步的增量變?yōu)?%。
同樣，我們也可以只用一個PACBlock，采用上面所用到的方法，而得到一個±10%的范圍。電路如圖12-3所示，在這個電路中，100Ω的電阻給出±1%的調(diào)整范圍，當(dāng)阻值為1.01KΩ是，其范圍為±10%，計算公式為：
??????? Vout=(Vin*IA1)+(Vin* IA2*K)
這樣，我們就可以得出一個PACBlock用作其他用途。

圖12-2??? PACBlock的小數(shù)級增益調(diào)整連接圖

圖12-3?? 用單個PACBlock的增益調(diào)整方法
五? 實驗步驟
1? 運(yùn)行PAC Designer，新建一個原理圖，按照原理圖20連接電路，將IA1的增益設(shè)置為2；從實驗箱上可變電位器輸出模塊提取直流信號，接到PAC適配器模塊的IN1-，IN1+接VREFOUT。將可變電位器輸出調(diào)節(jié)至2.3V，測量PAC適配器模塊OUT區(qū)域IN1+和IN1-的差分輸出電壓值，檢驗輸出與理論值是否相符。注意差分輸入電壓值和增益值的設(shè)定不要使輸出飽和。
2? 在原理圖中連接出如圖12-2或圖12-3所示的電路，利用上面所列的公式計算出所要的IA的值，并在原理圖中設(shè)置好，最后開啟實驗系統(tǒng)電源，進(jìn)行仿真下載至芯片中。
完成圖示12-2或12-3所示電路，接線如下：
3? 關(guān)閉電源。用實驗導(dǎo)線將SIN-OUT 312KHz的輸出接到Diff? IN，將差分信號輸出端口（Diff out-、Diff out+）分別經(jīng)過電容隔直（電容可取0.1uf），再與PAC芯片的輸入端口IN區(qū)域的1+和1-連接，再用導(dǎo)線將輸入端口IN區(qū)域的1+和1-分別經(jīng)過兩個電阻（可取為20K）接到VREFOUT。
4? 從左邊的電阻電容擴(kuò)展區(qū)中搭接出如圖21或圖22所示的取樣電路。
輸出觀測點(diǎn)在OUT 區(qū)域的1+和1-。如果取樣電路產(chǎn)生的小數(shù)增益太小，輸出不便觀測，可適當(dāng)增大取樣值，可將100Ω改為10KΩ。

六? 記錄實驗結(jié)果并完成實驗報告
在實驗過程中，設(shè)定一個增益值可多次修改輸入，記錄輸出值，計算衰減度，與用計算機(jī)仿真所測的對應(yīng)該頻率和增益值時的衰減度相比較，有無誤差，分析誤差的來源。
修改增益值，重新仿真和下載，繼續(xù)測量，分析誤差的來源。填寫下表：
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