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1、第十章 可编程模拟器件与电子设计自动化软件,10.1 在系统可编程模拟器件（ispPAC）原理与应用 10.2 Multisim软件及其应用,10.1在系统可编程模拟器件（ispPAC）原理与应用,10.1.1在系统可编程模拟器件原理 10.1.2 在系统可编程模拟器件应用设计,10.1.1在系统可编程模拟器件原理,1.ispPAC10的结构与原理 （1）电路结构,ispPAC10的组成: 四个完全相同的可编程宏单元; 模拟布线池; 自动校准单元; 配置存贮器; 片内参考电压; isp接口。,（2）可编程模拟单元PAC的工作原理,Fi/Sum PAC块 ：每一个PAC块由两个差动输入的仪用放大
2、器（IA1、IA2）和一个双端输出的输出放大器(OA1)组成，该PAC输出级兼有滤波/相加功能 可编程宏单元PAC结构,跨导运算放大器（OTA）：仪用放大器的输入、输出均为差动型，且能够将输入差模电压转换成输出差模电流,PAC的传递函数 表示为：,假设只有一个输入信号加到IA1，对于a、b两点应用基尔霍夫电流定律 ： 由此可得： 即有： 。因上两式相等，则：,而 ，可得： PAC的传递函数为： 式中， 为低频增益， 为上 限截止频率。,令 ，有两个输入信号时输出电压 为： 式中， 均为可编程放大倍数 ， 故PAC块的单边低频增益为：,若令 ，电路则由有耗积分器变成为理想积分器，相应传递函数为
3、：,2. ispPAC20的结构与原理,ispPAC20与ispPAC10的不同点 ： （1）多路输入控制 （2）极性控制 （3）比较器CP （4）D/A转换器,3. ispPAC80的结构与原理 ispPAC80、ispPAC81都是中频滤波器，差别在滤波频率的范围不同。ispPAC80的滤波范围为 ，ispPAC81的滤波范围为 。 ispPAC80可实现五阶、连续时间、低通模拟有源滤波器,ispPAC80的核心部分是一个可实现多种滤波器形式的五阶低通滤波器,设放大器增益 ，且有 ， ，可知传递函数为: 其中，,滤波器的特性完全由7个元件C1、C2、C3、C4、C5、CL2、CL4来决定,
4、4. ispPAC30的结构与原理,10.1.2 在系统可编程模拟器件应用设计,1.PAC的外部接口电路 （1）双端输入时的接口电路 分成以下三种情形： 若输入信号的共模电压等于或接近于电源电压的一半（即）时，则信号可以直接与ispPAC的输入管脚相连。,若输入信号不具备的直流偏置条件时，则信号必须增加外部偏置电路,当不需要直接耦合输入信号时，也可以采用交流耦合方式， 必须为VS/2。,可有两种提供方式： 一是直接与器件的 管脚相连(其输出参考电压为URout），则电阻R最小应为 200 k。 二是采用 缓冲电路提供，则电阻R最小为600。,一般将其输出作为参考基准电压时，需要加缓冲电路,（2
5、）单端输入、输出时的接口电路 单端输入 ： 将ispPAC的输入管脚与单端输入信号连接，则其中的一个输入端需输入直流偏置电压，最好与 脚相接。 单端输出： 将其中一个输出端连接负载，而另一输出端开路,特点如下： (a)单端输出的信号幅度为差动输出的一半 (b)单端输出时输出端有直流电平 (c)其信号幅度仅为差动输出的一半,2.组成不同增益的电压放大器 （1）增益整数型电压放大器 如果需要的电压放大倍数绝对值小于10，则只需要利用一个仪用放大器 若要求电压放大倍数的绝对值在1020之间，则需要利用两个仪用放大器,如果要求电压放大倍数的绝对值大于20，一般至少需要利用三个仪用放大器，这可通过编程把
6、PAC块级联来实现。 例：要求放大倍数为78,（2）增益分数型电压放大器 对于要求电压放大倍数为非整数倍的情况下，只要外接合适的电路，也可以用ispPAC器件来实现。 例：要求电压放大倍数为7.8,对于非整数倍电压放大时，若电压增益恰好是某两个整数的比值（称为整数比电压增益），则不需要外接电路就能获得所需的增益,3.用ispPAC20构成电压监测器 例：假设要求对+5V直流电源电压UIN进行监测，通常允许电压的误差范围为 ，若出现该电压超出允许误差范围情况则输出报警信号。,电压监测器由信号输入、比较基准电压和窗口比较器三部分组成 信号输入： 比较基准电压： 由DAC产生输出 ；选择DAC编码为
7、0B6h(182)，此时DAC输出电压1.266V 窗口比较器：,设比较器的输入电压为 （等于OA2的输出电压），输出为 ，则有： 1，当 1.266V， 即 5.253V； 1，当 1.266V， 即 4.747V； 0，当1.266V 1.266V，即4.747 5.253V。,4.用ispPAC10实现二阶状态变量滤波器 状态变量滤波器主要由求和运算电路、积分器组成 该滤波器有3个基本单元：有损耗积分器、理想积分器和求和（减法运算）电路,则传递函数：,如图：PAC 块1实现有损耗积分器和求和运算，PAC块2组成理想积分器。,10.2 Multisim软件及其应用,10.2.1Multis
8、im简介,10.2.1Multisim简介,1.Multisim的操作界面,1）菜单栏 2）系统工具栏 3）设计工具栏 4）元件工具栏,5）仪表工具栏 6）EDA连接按钮 7）电路窗口 8）放大/缩小按钮 9）使用中的元件列表 10）仿真开关 11）状态栏,2. Multisim的元器件库和虚拟仪器仪表 1) 信号源库,2）基本元件库,3)二极管库,4）晶体管库,5）模拟集成器件库 6) TTL器件库,7）CMOS器件库 8）综合数字器件库 9）混合器件库,10）指示器件库,11）其他器件库,12）控制器件库,13）射频元件库 14）机电类元器件库,15）虚拟仪器仪表 波特仪 失真分析仪 函数
9、信号发生器 逻辑转换仪 逻辑分析仪 数字万用表 网络分析仪 示波器 频谱分析仪 功率计 字信号发生器,3.Multisim分析功能 1）直流工作点分析(DC Operating Point Analysis) 2）瞬态分析(Transient Analysis) 3）交流扫描分析(AC Frequency Sweep Analysis) 4）傅立叶变换(Fourier Analysis) 5）噪声分析(Noise Analysis) 6）失真分析(Distortion Analysis) 7）温度扫描分析(Temperature Sweep Analysis) 8）模型参数扫描分析(Param
10、eter Sweep Analysis) 9）交流灵敏度分析(AC Sensitivity Analysis),10）直流灵敏度分析(DC Sensitivity Analysis) 11）直流扫描分析（DC Sweep Analysis） 12）极零点分析(Pole-Zero Analysis) 13）传递函数分析(Transfer Function Analysis) 14）最差情况分析(Worst Case Analysis) 15）蒙特卡洛分析(Monte Carlo Analysis) 16）射频分析（RF Analyses） 17）批处理分析（Batched Analyses） 18）用户自定义分析（User-Defined Analyses） 19）噪声系数分析（Noise Figure Analysis）,