Radioelektronik Audio-HiFi-Video 3/2001

W artykule przedstawiono

w skrócie now¹ grupê

analogowych uk³adów

scalonych __ uk³ady

programowalne.

Uk³ady firmy Summit

Microelectronics

Producentem bardziej z³o¿onych uk³adów pro-

gramowalnych jest firma Summit Microelectro-

nics. W jej ofercie znajduj¹ siê m.in. uk³ady

przeznaczone do nadzorowania napiêæ zasi-

laj¹cych. Przyk³adowo SMS44 jest uk³adem do

monitorowania czterech niezale¿nych napiêæ

zasilaj¹cych. Zosta³ zaprojektowany do moni-

torowania napiêæ z zakresu 0,9

÷

6,0 V bez

u¿ycia ¿adnych elementów zewnêtrznych.

Efektem dzia³ania tego uk³adu jest wygenero-

wanie sygna³ów kasuj¹cych lub ¿¹dania obs³u-

gi w odpowiedzi na zak³ócenia monitorowa-

nych napiêæ, a tak¿e sygna³ów s³u¿¹cych do

inicjalizacji systemu po w³¹czeniu zasilania.

Warunki generacji i parametry tych sygna³ów

okreœla siê przez programowanie uk³adu za po-

ANALOGOWE

UK£ADY

PROGRAMOWALNE

(2)

moc¹ dwuprzewodowego interfejsu szerego-

wego. Inny programowany uk³ad tej firmy,

SMD1108, jest oœmiokana³owym uk³adem po-

miarowym wyposa¿onym w 10-bitowy prze-

twornik analogowo-cyfrowy. Ten uk³ad jest

przewidziany do monitorowania do oœmiu sy-

gna³ów analogowych. Ka¿dy z monitorowa-

nych sygna³ów jest próbkowany zgodnie z za-

programowanym cyklem i je¿eli jego poziom

wykroczy poza wyznaczone granice, to jest ge-

nerowany sygna³ alarmu lub ¿¹dania obs³ugi.

Programowanie uk³adu odbywa siê za pomo-

c¹ standardowego dwuprzewodowego interfej-

su szeregowego, a zaprogramowane parame-

try s¹ przechowywane w nieulotnej pamiêci

wewnêtrznej.

Lattice Semiconductor

Nieco inn¹ koncepcjê analogowych uk³adów

programowalnych prezentuje firma Lattice Se-

miconductor, dobrze znana z produkcji progra-

mowalnych uk³adów cyfrowych. Ta firma ofe-

ruje rodzinê trzech uk³adów scalonych serii

ispPAC wraz z systemem do ich projektowa-

nia/programowania. Uk³ad ispPAC10 stanowi

grupê czterech jednakowych bloków funkcjo-

nalnych (rys. 3) wraz z uk³adem pamiêci ma-

trycy po³¹czeniowej i uk³adów pomocniczych.

Oba wzmacniacze IA1 i IA2 maj¹ programowa-

ne wzmocnienie w zakresie _10

÷

+10, a ich

r

PODZESPO£Y

18

wejœcie mo¿na skonfigurowaæ jako symetrycz-

ne lub niesymetryczne. Bloki funkcjonalne mo-

g¹ byæ ze sob¹ ³¹czone w rozmaitych kombi-

nacjach, jak równie¿ mo¿na realizowaæ sprzê-

¿enie zwrotne (³¹czenie wyjœcia z wejœciem).

W efekcie uzyskuje siê du¿¹ elastycznoœæ ca-

³ego uk³adu. G³ównym zastosowaniem uk³adu

s¹ stopnie wejœciowe torów analogowych,

gdy¿ umo¿liwiaj¹ ³atw¹ realizacjê zadanej cha-

rakterystyki czêstotliwoœciowej. Uk³ad isp-

PAC20 zawiera tylko dwa bloki funkcjonalne

podobne do u¿ytych w uk³adzie ispPAC10,

ale dodatkowo jest wyposa¿ony w 8-bitowy

przetwornik cyfrowo-analogowy i dwa kom-

paratory. Nieco innym uk³adem jest ispPAC80,

który jest filtrem aktywnym o programowanej

charakterystyce. Korzystaj¹c z dostarczonego

przez producenta oprogramowania mo¿na

z ³atwoœci¹ mo¿na zrealizowaæ filtr dolnoprze-

pustowy o typowym rodzaju charakterystyki

(Butterwortha, Czebyszewa, eliptycznej i in-

nych). Wszystkie uk³ady serii ispPAC mog¹ byæ

programowane w programatorze lub bezpoœre-

dnio w systemie przez szeregowy interfejs

JTAG.

Zetex

Kolejnym przyk³adem analogowych uk³adów

programowalnych jest rodzina TRAC firmy Ze-

tex reklamowana przez sam¹ firmê jako ana-

Rys. 3. Schemat podstawowego bloku

funkcjonalnego uk³adu ispPAC10 firmy

Lattice Semiconductors.

IA _ wzmacniacz o wzmocnieniu K,

OA _ wzmacniacz operacyjny

U

we1

U

wy

k1

k2

2,5 V

C

F

R

F

IA1

IA2

OA1

U

we2

Rys. 4. Przyklady zastosowañ uk³adu TRAC020LH a _ wybrane bloki funkcjonalne dostêpne w uk³adzie (elementy Z1 i Z2 s¹ do³¹czone z zewn¹trz; umo¿liwiaj¹ m.in.

budowê uk³adów ró¿niczkuj¹cego i ca³uj¹cego) b _ realizacja jednoæwiartkowego uk³adu mno¿¹cego c_ filtr zrealizowany metod¹ zmiennych stanu (w zale¿noœci

od miejsca, z którego wyprowadza siê sygna³, otrzymuje siê charakterystykê dolnoprzepustow¹ DP, œrodkowoprzepustow¹ ŒP lub górnoprzepustow¹ GP)

a)

b)

c)

_1

_1

_1

_1

19

logowy odpowiednik uk³adów FPGA. Np. uk³ad

TRAC020LH sk³ada siê z 20 komórek, które

u¿ytkownik ³¹czy ze sob¹ w celu uzyskania

okreœlonej funkcji. Ka¿da z komórek wykonu-

je zaprogramowan¹ funkcjê: stanowi przerwê

lub zwarcie w obwodzie albo realizuje pewn¹

operacjê matematyczn¹ (dodawanie, negacja,

logarytmowanie, funkcja wyk³adnicza, wartoœæ

bezwzglêdna, ró¿niczkowanie, ca³kowanie,

mno¿enie przez sta³¹). Dostarczane przez fir-

mê Zetex oprogramowanie umo¿liwia proste

zaprojektowanie uk³adu bez wnikania w szcze-

gó³y elektroniczne. Oprogramowanie umo¿liwia

równie¿ przeprowadzenie symulacji zaprojek-

towanego uk³adu. Programowanie polega na

wpisaniu oœmiu bajtów informacji o konfigura-

cji i po³¹czeniu komórek do wewnêtrznych re-

jestrów uk³adu. Ze wzglêdu na swoj¹ uniwersal-

noœæ uk³ad TRAC020LH znalaz³ bardzo

wszechstronne zastosowanie (rys. 4). Produ-

cent zaleca stosowaæ go m.in. w systemach

analogowego przetwarzania sygna³ów i obli-

czeñ analogowych, w systemach pomiaro-

wych, akustycznych oraz regulacji i sterowania.

Maxim

Analogowe uk³ady programowane oferuje rów-

nie¿ firma Maxim. Uk³ad MAX1459 jest z³o¿o-

nym procesorem sygna³ów pochodz¹cych

z analogowych przetworników pomiarowych,

przewidzianym do pracy w popularnym w tej

dziedzinie systemie pêtli pr¹dowej 4

÷

20 mA.

Zosta³ zoptymalizowany do wspó³pracy z czuj-

nikami piezorezystancyjnymi tak, aby zminima-

lizowaæ liczbê elementów zewnêtrznych.

W sk³ad uk³adu wchodz¹ programowane

Ÿród³o pr¹dowe (do pobudzenia czujnika),

wzmacniacz o programowanym wzmocnie-

niu (3 bity), pamiêæ EEPROM o pojemnoœci

128 bitów oraz cztery 12-bitowe przetworniki

cyfrowo-analogowe. Zadaniem pamiêci w tym

uk³adzie jest przechowywanie wspó³czynni-

ków korekcyjnych umo¿liwiaj¹cych redukcjê

b³êdu pomiaru wynikaj¹cego z rozrzutu produk-

cyjnego parametrów statycznych, wp³ywu tem-

peratury oraz nieliniowoœci ca³ego systemu. Po

w³aœciwym zaprogramowaniu uk³adu b³¹d ca³-

kowity nie przekracza 1% i jest stabilny. Nale-

¿y podkreœliæ ró¿nicê w wykorzystaniu pamiê-

ci przez firmê Maxim i innych wymienionych

wczeœniej producentów - u Maxima pamiêæ jest

elementem uk³adu korekcji b³êdów, a nie kon-

figuracji uk³adu. Zaliczenie uk³adu MAX1459

do uk³adów programowalnych (w znaczeniu

podanym na pocz¹tku artyku³u) jest wiêc nie-

co na wyrost.

Wady uk³adów programowalnych

Jakkolwiek z tego przegl¹du wynika niezwyk³a

atrakcyjnoœæ uk³adów programowalnych, to jed-

nak nale¿y równie¿ mieæ œwiadomoœæ ich wad.

Przede wszystkim s¹ to uk³ady maj¹ce tylko

jedno Ÿród³o _ jednego producenta. Mo¿e to

stanowiæ niebezpieczeñstwo w przypadku prze-

rw w dostawach (a w najgorszym przypadku _

zakoñczenia produkcji) _ odbiorca nie ma wów-

czas zamiennika i ponosi du¿e koszty zwi¹za-

ne z przeprojektowaniem swojego uk³adu. Ko-

lejn¹ cech¹ uk³adów programowalnych jest to,

¿e ich parametry nie s¹ najlepsze _ uniwersal-

noœæ zawsze k³óci siê osi¹ganiem bardzo do-

brych parametrów (np. ograniczenia czêstotliwo-

œciowe, sta³oœæ parametrów, szumy, pobór mo-

cy). Dlatego te uk³ady nie s¹ stosowane jako naj-

bardziej istotne podzespo³y w sprzêcie o szczy-

towych mo¿liwoœciach. Kolejn¹ wa¿n¹ spraw¹

jest cena uk³adów programowalnych _ w ka¿-

dym przypadku trzeba indywidualnie rozpatrzyæ

aspekt ekonomiczny, w³¹czaj¹c w to zysk wyni-

kaj¹cy z mo¿liwoœci programowania, co umo¿-

liwia np. automatyzacjê strojenia. Du¿e znacze-

nie mo¿e tu mieæ wielkoœæ produkcji i zastoso-

wanie, a tak¿e czas przygotowania produkcji. Na

koniec warto równie¿ rozwa¿yæ mo¿liwoœci otrzy-

mania pomocy technicznej ze strony producen-

ta, np. gdy wyst¹pi¹ nieprzewidziane trudnoœci

w trakcie projektowania lub produkcji.

n

Mieczys³aw Krêciejewski

L I T E R A T U R A
[1]. Bill Schweber: Programmable analog ICs: desi-
gner,s delight or dilemma, EDN 13.04.2000
[2]. Karty katalogowe i noty aplikacyjne firm ALD, Xicor,
Lattice, Zetex, Maxim, Summit
[3]. P. Zbysiñski: Analogowe uk³ady programowalne
w systemie, Elektronizacja nr 9/2000