好像当今半导体行业界简直一切作业相同，硬件体系规划师也正在竭力做到少花钱多办事。当您添加新的单功用集成电路(IC)时，您需求花费时刻进行评价、阅览新数据资料，乃至寻求IC厂商的支撑。每种器材都需求收购、库存、树立产品编号以及履行附加审阅和运作。一切这些时刻、劳力以及库存空间加起来，保持一种新IC所需的费用一般在大约$600至$800/年。
一般普遍认为，您可重用的规划越多，上市时刻就越快;一起也将把本钱、危险以及规划杂乱度降至最低。本文中，咱们评论可编程模仿器材，包含其作业原理以及对规划者的优点。咱们期望——优点多多!
有用的重用规划最大程度缩短上市时刻
作为IC体系规划师，您会将什么放在抱负的可编程模仿器材中?首先从20个端口的可编程ADC、DAC、数字IO、开关、电平转化器，以及内部和外部温度传感器衔接开端，使恣意端口都可装备为以上恣意功用。您可以测验MAX11300，来看看该器材能为您带来什么实践优点?
考虑以下状况。许多时分，规划者依然需求低于地电势的电压以及实在的双极性才干。可能是用于传统的-10V工业信号，或许为了保存必定裕量,将放大器的负电源偏置到略低于地电势。或许用于传感器稍微为负的电压。运用MAX11300可编程模仿IC，ADC和DAC供给实在的12位精度(±1LSB DNL和INL)。输入和输出可以为单极性或实在的双极性(±5V或0至-10V)，以满意工业运用。因为许多最新的混合信号IC规划为单极性输入和输出，一般为地电势(0V)至3.3V或5V，双极性的灵活性特别有利。
需求额定更多IO?没问题。您因为晋级至新微操控器实践运用中的射频而需求3.3V至1.8V电平转化器?彻底搞定。需求差分输入ADC来丈量检流电阻?可编程模仿器材也彻底支撑。
功率放大器(PA)操控
当今的电子体系中，体系检测和操控至关重要。射频(RF)基站便是最好的比如。因为环境条件和无线设备的数量不断改变，需求继续操控和监测基站内的功率晶体管，以优化电源功率。毫无疑问，您需求多个ADC、DAC以及模仿开关来动态施行体系监测。
检测电阻两头的高性能ADC可以高精度丈量功率晶体管的栅-源电压以及经过的电流。也需求丈量功率晶体管的温度，以保证未发生过热。晶体管过热时，需求快速衔接对地开关，以防这些贵重的功率晶体管热击穿和损坏。为完成最大功率，需求调整晶体管的栅极电压。
图1所示为RF基站运用。其间集成了外部电源、电流检测放大器、阻隔和微操控器。仅运用一片可编程模仿IC——MAX11300——偏置和检测2级RF PA频分双工(FDD)和时分复用(TDD)。运用了Infineon? PTMA210152M 15W、两级PA，但也可运用任何适当的PA。
本例中，微操控器(或微处理器)与ADC及DAC继续通讯，并运用多个查找表。MAX11300可快速完成丈量内部或外部温度、更改DAC值所需的任何模仿功用，或许在200ns内闭合开关，以防功率晶体管热击穿。
现代化基站也需求功率管上的栅极负电压，例如DAC可输出负电压。MAX11300供给多种负输出电压规模(±5V或0至-10V)。
图1.参阅规划(MAXREFDES39#)原理图，偏置和监测基站中的射频功率放大器。为添加通用性，MAX11300装备为6个单端ADC、4个DAC、2个开关和2个通用输出(GPO)。
经过操控和监测进步体系可靠性
当今的体系需求保证99.999%(或更高)时刻的正常运转，有时也称为5个9。这意味着体系简直保证时刻运转，无论是炼油厂、轿车生产线仍是食物加工厂。
所以，问题在于实在的体系可靠性。规划者有必要第一时刻知道特定的分立式元件是否作业反常，例如电阻、电感、电容或IC。在元件或IC失效之前，及时捕获这些状况，就可以完成更长的作业时刻、更高的工厂产值、更高的体系可靠性，并获得最终用户的欢心。
图2所示为具体的常见操控和监测(或体系辅佐功用)确诊功用，保证体系的电源电压和温度均作业在最佳规模。假如没有这样的确诊功用，产品可能在现场失效或发生间歇性毛病。
图2.选用MAX11300可编程混合信号I/O器材的操控和监测示例。本例监测和操控一对外部电流检测放大器、电位计、电扇、温度二极管，以及一对用于I2C时钟和数据线的电平转化器。
从图2中的左上部开端顺时针方向，顶部的4个端口作为I2C接口的数字I/O。传感器的5V时钟(SCL)和数据线(SDA)被转化至体系操控器的3.3V逻辑电平。时钟信号为单向，数据线为双向，可用于读和写操作。
其间一个DAC用于编程发生至负载的模仿电压输出。本例中，挑选的是4–20mA输出环路。其间一个ADC通道用于查看DAC电压是否契合预期。也在外部经过RS和MAX44285电流检测放大器查看电流。然后将MAX44285输出反应至另一个集成ADC。这就构成完好的操控环路。
4个端口组成一对模仿开关和数字操控线。其下是相似的电流驱动和ADC装备，以丈量和操控电流。本例中，DAC衔接至晶体管，运用MAX44285双通道放大器的第二个通道。
图2中左边为温度传感器和电扇的温度操控。在其上方，运用另一个ADC通道丈量偏置在10V和地电势之间的电位计。
当今的微操控器中也集成了MAX11300内的部分功用电路。但是，许多客户依然运用多个分立式ADC、DAC、温度传感器和开关，因为他们不期望添加微操控器担负。在这种状况下，客户更期望微操控器接连履行其处理程序，而不是花费任何时刻周期履行体系监测功用。在此类运用中，外部体系监测IC可完成功率更高的体系。
通用性强，但并不是灵丹妙药
MAX11300可编程模仿IC具有适当大的规划灵活性，但咱们需求客观对待：器材并不能满意一切运用。因为ADC和DAC受限于12位，IC并不合适需求16或24位的仪器仪表或高精度电子秤。一般来说，12位DAC足以满意4–20mA模仿操控环路，但有的规划者更喜爱运用16位。
该可编程模仿芯片并不能替代模仿厂商的数以百计的放大器和开关，依然需求输入缓冲器和外部信号调度。在许多时分依然需求外部多路复用器/开关，取决于信号链中复用器、放大器及ADC的装备。假如运用MAX11300的集成办法可满意要求，那么输入和输出阻抗等技术指标将起决定作用。确认这些规划决议计划正是模仿规划“魔法”的魅力地点。
总结
硬件规划公司往往寻求在新运用中重用已有规划。经过运用可编程模仿器材，规划者可以使单种器材和可装备电路满意多种不同的需求。一起，假如一种可编程模仿器材具有10至20种不同模仿元件的功用，硬件公司的收购团队将不得不进行一番调研。可编程模仿器材也意味着不必定非得是模仿专家才干进行体系规划。可将MAX11300看做是FPGA、处理器和ASIC等杂乱数字器材周围的“模仿集中器”。结合可编程模仿才干与FPGA及处理器的灵活性，可大幅扩展体系的运用规模。
可编程模仿器材并不能替代一切模仿功用，但MAX11300的拖曳式GUI可以快速装备IC，将悉数20个端口保存至位流，可从FPGA、微操控器或处理器快速装载。这就为规划者节约很多电路板空间和本钱，添加了体系辅佐功用、操控和丈量、功率放大器操控环路等运用的灵活性和装备才干。
