來源：電子技術(shù)應(yīng)用 作者：趙曙光 陳麗萍 殷延瑞 趙明英

    摘要：介紹了可編程模擬器件的基本原理和開發(fā)流程。列舉了主流器件系列，并說明其核心技術(shù)。展望了可編程模擬器件的發(fā)展前景。

    關(guān)鍵詞：可編程模擬器件 模擬可編程技術(shù)

    可編程模擬器件（programmable analog device）是近年來嶄露頭角的一類新型集成電路。它既屬于模擬集成電路，又同可編程邏輯器件一樣，可由用戶通過現(xiàn)場編程和配置來改變其內(nèi)部連接和元件參數(shù)從而獲得所需要的電路功能。配合相應(yīng)的開發(fā)工具，其設(shè)計(jì)和使用均可與可編程邏輯器件同樣方便、靈活和快捷。與數(shù)字器件相比，它具有簡潔、經(jīng)濟(jì)、高速度、低功耗等優(yōu)勢；而與普通模擬電路相比，它又具有全集成化、適用性強(qiáng)，便于開發(fā)和維護(hù)（升級）等顯著優(yōu)點(diǎn)，并可作為模擬asic開發(fā)的中間媒介和低風(fēng)險(xiǎn)過渡途徑。因此，它特別適用于小型化、低成本、中低精度電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，未來其應(yīng)用將會日益廣泛。

    1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)與基本原理

    通用型可編程模擬器件主要包括現(xiàn)場可編程模擬陣列（fpaa）和在系統(tǒng)可編程模擬電路（isppac）兩大類。二者的基本結(jié)構(gòu)與可編程邏輯器件相似，主要包括可編程模擬單元（configurable analog block，cab）、可編程互連網(wǎng)絡(luò)（programmable interconnection network）、配置邏輯（接口）、配置數(shù)據(jù)存儲器（configuration data memory）、模擬i/o單元（或輸入單元、輸出單元）等幾大部分，如圖1所示。模擬i/o單元等與器件引腳相連，負(fù)責(zé)對輸入、輸出信號進(jìn)行驅(qū)動和偏置、配置邏輯通過串行、并行總線或在系統(tǒng)編程（isp）方式，接收外部輸入的配置數(shù)據(jù)并存入配置數(shù)據(jù)存儲器；配置數(shù)據(jù)存儲器可以是移位寄存器、sram或者非易失的e2prom、flash等，其容量可以數(shù)十位至數(shù)千位不等；可編程互連網(wǎng)絡(luò)是多輸入、多輸出的信號交換網(wǎng)絡(luò)，受配置數(shù)據(jù)控制，完成各cab之間及其與模擬i/o單元之間的電路連接和信號傳遞；cab是可編程模擬器件的基本單元，一般由運(yùn)行放大器或跨導(dǎo)放大器配合外圍的可編程電容陣列、電阻陣列、開關(guān)陣列等共同構(gòu)成。各元件取值及相互間連接關(guān)系等均受配置數(shù)據(jù)控制，從而呈現(xiàn)不同的cab功能組態(tài)和元件參數(shù)組合，以實(shí)現(xiàn)用戶所需的電路功能。cab的性能及其功能組態(tài)和參數(shù)相合的數(shù)目，是決定可編程模擬器件功能強(qiáng)弱和應(yīng)用范圍的主要因素。

    數(shù)�；靷R可編程器件可看作是可編程模擬器件的推廣形式。以sidsa公司（www.sidsa.con/fipsoc）的fipsoc系列（數(shù)�；旌犀F(xiàn)場可編程片上系統(tǒng)）為例，它既包含有模擬的可編程單元和互連網(wǎng)絡(luò)，又包含有由邏輯宏單元和開關(guān)矩組成的fpga，還包含有a/d、d/a轉(zhuǎn)換器和用于配置與控制的嵌入式微處理器等要，可用于片上系統(tǒng)（soc）的開發(fā)與實(shí)現(xiàn)。但其模擬部分的規(guī)模較小，主要面向數(shù)據(jù)采集、實(shí)時監(jiān)控等特定應(yīng)用。

    2 基本開發(fā)流程

    可編程模擬器件開發(fā)的主要步驟依次為：（1）電路表達(dá)，即根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，結(jié)合所選用的可編程模擬器件的資源、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，初步確定設(shè)計(jì)方案；（2）分解與綜合，即對各功能模塊進(jìn)行細(xì)化，并利用開發(fā)工具輸入或調(diào)用宏函數(shù)自動生成電原理圖；（3）布局布線，即確定各電路要素與器件資源之間的對應(yīng)關(guān)系以及器件內(nèi)部的信號連接等。可自動或手動完成；（4）設(shè)計(jì)驗(yàn)證，即對設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真（根據(jù)器件模型和輸入信號等，計(jì)算并顯示電路響應(yīng)），以初步確定當(dāng)前設(shè)計(jì)是否滿足功能和指標(biāo)要求。如果不滿足，應(yīng)返回上一步驟進(jìn)行修改；（5）由開發(fā)工具自動生成當(dāng)前設(shè)計(jì)的編程數(shù)據(jù)和文件；（6）器件編程，即將編程數(shù)據(jù)寫入器件內(nèi)部的配置數(shù)據(jù)存儲順。一般通過在線配置方式完成，也可利用通用編程器脫機(jī)編程；（7）電路實(shí)測，即利用儀器對配置后的器件及電路進(jìn)行實(shí)際測試，詳細(xì)驗(yàn)證其各項(xiàng)功能和指標(biāo)。如果發(fā)現(xiàn)問題，還需返回前有關(guān)步驟加以修改和完善�？删幘兡M器件設(shè)計(jì)的基本流程圖如圖2所示。

    該流程主要在微機(jī)上利用開發(fā)工具完成，基本可做到“所見即所得”。以