原创 可编程模拟电路提供单片机正弦振荡器设计方案

　　可编程逻辑设备在数字设计中提供实现复杂功能的通用方法。虽然厂商还没有提供与VLSI数字电路相比更复杂的模拟电路，但现场可编程模拟电路被广泛用于信号调理和滤波器的应用。基于CMOS运算跨导放大器和开关电容放大器，这些设备提供了解决相对复杂设计的简单方案。Lattice半导体公司（www.latticesemi.com ) 的在系统可编程模拟器件ispPAC20和配套的PAC设计软件提供电路设计和确认的简便方法（参考文献1）。本设计方案提出基于ispPAC20的两个简单正弦振荡器设计方法。

　　ispPAC10内部电阻固定在250 kΩ标称值上，所有电容由用户在1.07到61.59 pF之间选择。图1表示ispPAC10内部1、2和4模块被连接成级联的三个一阶低通滤波器，形成经典相位偏移RC振荡器。改变电容值产生超过18到130kHz范围的振荡频率。每个PAC模块增益被设置成2，从而获得-8的回路增益，这是振荡器的Barkhausen条件需要的（参考文献2）。配置模块3，一阶低通滤波器减少了振荡器输出的THD（总谐波失真）。模块3的电容值使滤波性能达到最优化，由此造成相位偏移不同。

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　　图2中电路描述了双积分器回路形成经典的求积RC振荡器。电路振荡器频率跨越从12到126 kHz，依靠模块1、2形成积分器的时间常数。理论上，每个积分器增益本该有个统一的绝对值，但实际上，ispPAC给出详细说明除了反向积分器，模块1中产生稳定的正弦信号所需要的至少-4增益。电路使用-10的增益。ispPAC10设备的两个附加模块形成能够降低输出THD的二阶低通滤波器。在两个振荡器电路中，改变低通滤波器增益，以便在所有频率的电路输出都可以传递特殊的电压，例如1V峰峰值。

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　　表1和表2分别包含相位偏移、求积振荡器器件和输出特性的概要。电容值CN以频率f0在振荡器n次PAC模块中使用。设计使用Tektronix TDS1002数字振荡器的FFT功能，测量THD和中心频率f0，即-20 dB水平下每个输出频率的频谱线宽度。

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　　图3说明了基于ispPAC振荡器的微处理器对不同频率的动态重置的应用。非易失性存储器存储每个ispPAC10电路模块特殊频率的电容和增益值。数据传输通过ispPAC10的串行测试存取口接口，使用IEEE 1149.1 JTAG标准协议进行传输。