美国得克萨斯州达拉斯，德州仪器公司总部担任全球市场营销及运用的司理 Mark Buccini 在许多嵌入式混合信号运用中，为了在同一体系中一起满意高性能模仿以及低本钱数字逻辑这对彼此抵触的要求，手艺 (handcrafted) 专用集成电路(ASIC)常常是仅有实践可用的规划挑选。该概念旨在将作为ASIC的杂乱特定用处运用模仿从体系的数字产品部分别离开来。将模仿提取并整合到特定ASIC能够优化杂乱特性，并将体系的通用特性进行产品化。 虽然会呈现非重复规划(NRE)本以及较长的出产间隔时刻等问题，但将模仿与数字分开在许多情况下仍是有其经济含义的。不过跟着现在现代芯片制作技能现已到达或低于0.5um的程度，最低批量达10万套时，一般彻底定制的模仿电路其NRE为50多万美元。此外，经济与额定的规划危险以及缩短产品上市进程的压力使手艺解决方案简直一点都不实践。 当今潮流是选用专用规范产品 (ASSP) 在单个体系中平衡高性能模仿、低本钱数字以及缩短产品上市时刻。这些 ASSP 可供给专用混合信号模仿特性作为优化外设，一起施行的器材可在许多平台上同享可重复运用的功用。快闪微控制器 (MCU) 是最佳的同享功用解决方案挑选。规划人员不再需求会集其资源进行危险极大的定制硬件施行，而是开发具有灵敏性的、可编程的功用以便能敏捷将其投入市场。 电子电表解决方案 ASSP能很好发挥作用的嵌入式混合信号运用的一个常见实例是电子电表。电子电表要求电路体系在广泛的动态范围内具有准确的电压与电流转化、可编程的快速 MCU、计时功用、非易失存储，以及灵敏的显现与通讯特性。图1显现了常见的第一代电子电表的结构块。
履行能量转化功用需求具有可编程增益放大器(PGA)的独立模数转化器(ADC)。被转化的线电压和电流信号可进行数字处理，供给能量和线路时段丈量、负电活动显现、峰值电压与电流等。数字信号处理器(DSP)可履行必要的核算以供给准确的活动能量、RMS电压、电流以及波形采样。 嵌入式信号处理器 就简化的体系规划办法而言，比如MSP430FE42x电表芯片等混合信号ASSP集成了丈量功用，作为随时可用的嵌入式信号处理器 (ESP)。可将ESP看作是一种固定功用外设，是专门为电子电表运用而量身定制。ESP作为一种外设可供给一切丈量功用，如图2所示。咱们运用具有一起采样和坚持的三个独立的16位Δ-Σ ADC-PGA 对。其间一个ADC用作电流丈量，一个用作电压丈量，第三个则用作前方与零线 (line-to-neutral) 电流比较，以进行篡改检测。
咱们可对嵌入式16位DSP进行编程，该器材选用优化的CPU、硬件乘法器、RAM以及ROM。也集成了准确的电压参阅与温度感应器，用以削减外部组件。对规划工程师而言，ESP可方便地初始化，而无需运用软件。与首要的16位CPU的通讯是通过现有的存储器和数据地址总线作为可读写邮箱寄存器完结的。数字校准在制作过程中履行，无需其它的软件支撑。 为了满意严厉的准确性要求，丈量功用可在1000至1的动态电流范围内供给准确到 0.1% 的能量丈量，大大超过了典型机械电表 2% 的一般准确度。由于具有每秒4096的高采样率，能够以数字的办法去除第20阶的50或60Hz市电电源谐波，特别是在快速开关瞬变负载环境中完成了更高的准确度。由于彻底通过ESP办理要害的能量核算，用户能够运用MCU来施行共同的特性，如显现和主动读表(AMR)。 单片办法 从芯片视点看，除了专用ESP之外，ASSP的首要吸引力还在于将一切其他功用可作为通用外设供给。在电表芯片实例中，主CPU能够彻底拜访32kB体系内部可编程 (isp) 闪存和1kB RAM，以开发运用特性。凭仗ISP，一般用作校准和单元辨认序列号的外部非易失存储器能够撤销，而代之以保存在正常的闪存中。周期性耗费数据也可记录在 ISP闪存中。 图3显现了完好的片上电表。两款业界规范的16位计时器、USART串行通讯接口以及LCD驱动器可为每个运用施行共同的特性。作为业界规范的外设，一般软件库可重复运用，然后削减了整体项目开发时刻。
就长时刻可靠性而言，体系中产生毛病的最常见的项目之一便是晶体 (crystal)，其本质上是一种机械元素。因而，电表ASSP只运用单个低频率的32 kHz 外表晶体 (watch crystal) 作为计时之需，并能在断电情况下进入超低功耗的睡觉形式。高速体系时钟独立于晶体在片进步行数字生成，假如产生外部晶体毛病，它可供给毛病安全形式，以答应MCU在最小级别上持续作业。关于比如电表等运用而言，可靠性是最优考虑的要素，由于这需求布置数十年之久。 与离散解决方案比较，电表ASSP将芯片数从五片降至了一片。芯片数的下降不只节省了本钱，并且还优化了制作，改进了长时刻可靠性。 合而为一 现在，开发根据嵌入式 MCU、能快速投入市场、具有严密封装以及更高准确度模仿的 ASSP 要求赋有全新的思想办法。一流的 MCU 式线上电路模仿器 (ICE) 被嵌入式模仿所替代。小型嵌入式模仿逻辑内核驻留在实践的 ASSP 自身上，通过业界规范的 JTAG 接口可对其进行不间断拜访。嵌入式模仿对高性能混合信号体系变得日益重要，这些体系有必要坚持微伏模仿信号(如电子电表)的完好性。粗笨的 ICE 简直不可能完成信号完好性，它对连线搅扰十分灵敏。 从开发一开始，固件工程师就在默默地开发实践的出产体系并进行调试。将ISP闪存的杰出灵敏性与一般的嵌入式模仿相结合，使规划一开始就完成了体系级开发，然后削减了重复开发作业与时刻。假如需求的话，还可在出产体系中进行最终一分钟软件晋级，并不论在是否通过长途方案组织的情况下都可进行更新。 作者简介 Mark Buccin是 MSP430的全球产品线司理，担任运用与战略市场营销。在TI的模仿、DSP、AS%&&&&&%和MSP430等范畴的实践规划和运用方面具有 15年的丰厚经历。除了担任产品线而外，他还撰写了很多运用陈述、论文以及四份年度全球研讨会系列资料。他具有奥克兰大学(密歇根州Rochester)的电子工程学士学位。
