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,可由用戶通過現場編程和配置來改變其內部連接和元件參數從而獲得所需要的電路功能。配合相應的開發工具,其設計和使用均可與可編程邏輯器件同樣方便、靈活和快捷。與數字器件相比,它具有簡潔、經濟、高速度、低功耗等優勢;而與普通模擬電路相比,它又具有全集成化、適用性強,便于開發和維護(升級)等顯著優點,并可作為模擬ASIC開發的中間媒介和低風險過渡途徑。因此,它特別適用于小型化、低成本、中低精度電子系統的設計和實現,未來其應用將會日益廣泛。

1 內部結構與基本原理
通用型可編程模擬器件主要包括現場可編程模擬陣列(FPAA)和在系統可編程模擬電路(ispPAC)兩大類。二者的基本結構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)、可編程互連網絡(Programmable Interconnection Network)、配置邏輯(接口)、配置數據存儲器(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,負責對輸入、輸出信號進行驅動和偏置、配置邏輯通過串行、并行總線或在系統編程(ISP)方式,接收外部輸入的配置數據并存入配置數據存儲器;配置數據存儲器可以是移位寄存器、SRAM或者非易失的E2PROM、 FLASH等,其容量可以數十位至數千位不等;可編程互連網絡是多輸入、多輸出的信號交換網絡,受配置數據控制,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,一般由運行放大器或跨導放大器配合外圍的可編程電容陣列、電阻陣列、開關陣列等共同構成。各元件取值及相互間連接關系等均受配置數據控制,從而呈現不同的CAB功能組態和元件參數組合,以實現用戶所需的電路功能。CAB的性能及其功能組態和參數相合的數目,是決定可編程模擬器件功能強弱和應用范圍的主要因素。
數模混俁可編程器件可看作是可編程模擬器件的推廣形式。以SIDSA公司的FIPSOC系列(數模混合現場可編程片上系統)為例,它既包含有模擬的可編程單元和互連網絡,又包含有由邏輯宏單元和開關矩組成的FPGA,還包含有A/D、D/A轉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(SOC)的開發與實現。但其模擬部分的規模較小,主要面向數據采集、實時監控等特定應用。
2 基本開發流程





