可编程模拟电路在FPAA中的应用

领域极其类似，比较器和放大器是最简单的CAM。CAM列表中还有一些常用的功能，它们具有更高抽象级别，使你更加远离实现细节。例如，双二阶滤波器可在500 Hz~400 kHz范围内调节，这一频率范围又分为三段，对应于你选用的3个时钟频率。正如你对双二阶滤波器期望的那样，你可以选择低通、高通、带通和带阻传递函数滤波器。不过与你自己用几个运算放大器和许多电阻器制成的双二阶滤波器不同的是，双二阶CAM每次只能提供上述四个传递函数之一。调谐和Q值控制都是非交互的，但是，你选用0.15~70 (!)的Q值确实会限制增益范围（图4），这并不令人感到意外。

图4  双二阶滤波器

CAM允许你对转角频率、增益和Q值进行编程。带通滤波器曲线对应于8kHz转角频率，而对应的Q值分别为0.2（绿色）、1（青色）、5（蓝色）和20（深红色）。

用图形来加深理解

一些不太常用的功能可能体现了FPAA的真正能力，例如乘法器或任意周期波形发生器CAM。但是，为了了解作为信号链元件的这种器件性能优劣，我们调查了一些不太特别的CAM，例如倒相放大器、双二阶滤波器功能块和基本I/O单元。这类调查大多采用一台Audio Precision System Two Cascade双域分析仪来绘制频率响应曲线、噪声曲线和THD曲线。

该评估板显然可使你最大限度地利用其提供的各种功能。但它并没有对最小化时钟噪声进行优化。虽然用户在开发那些充分利用FPAA可扩展到约8 MHz带宽的设备时需要谨慎一些，但该评估板对于带宽较小的电路而言，应该是一个良好的开发环境，因为来自时钟噪声的实际干扰很小。

FPAA数据表中有关差分输入信号摆动的极限值是3.8V。但是，如果你将使你的信号达到或接近摆动阈值，就得小心谨慎。例如，输入单元提供一个可编程转角频率为34~470 kHz的抗混迭滤波器。THD 
+N测量显示当抗混迭滤波器不用时的1kHz曲线和20kHz曲线是叠合的（图5中的蓝色曲线和绿色曲线）。在1kHz频率下，THD+N恶化对于34kHz输入滤波器很小(深红色)，但是，随着信号分量接近转角频率，失真分量随着小至-20dBV的信号幅度的增大而增大(红色)。固定幅度频谱扫描填入图5的信息（图6）。与不用抗混迭技术的0dBV基准测量值（蓝色）相比，THD+N恶化在输入端增加一个400kHz滤波器时大约为10 dB(红色)。把输入降到-6 dB可将采用400kHz滤波器的THD+N降低到0dBV无滤波情况给出的同样的相对电平(深红色)。注意垂直刻度是相对于输入电平的dB值。在输入保持在-6 dBV和滤波器转角频率调低到34 kHz的情况下，THD+N电平又增加大约5 dB，并显示出随信号接近转角频率而上升的特性。考虑到这些特点，你应该以尽可能达到的最快时钟速率操作CAM单元，以突出奈奎斯特频率并减少对临近滤波器转角频率的需求。同样，你只能在对期望的信号电平和带宽给予了应有的考虑之后才能使用输入滤波器，而且，如果你需要适应低转角频率和大的幅度，则可以考虑使用一个简单的外部滤波器配置。

图5  THD+N曲线表明，就某一给定的THD+N准则而言，输入单元的抗混迭滤波器会限制有用的动态范围，特别是当信号带宽接近滤波器转角频率时。图中，不使用抗混迭滤波器的1kHz (绿色)曲线和20kHz (蓝色)曲线是叠合的。滤波器转角频率设置为34 kHz的1kHz (深红色)曲线和20kHz (红色)曲线显示出性能的下降，特别是当信号接近转角频率时。

图6  固定振幅频谱扫描有助补充图5的信息：图中，蓝色曲线表示不使用抗混迭滤波器的0dBV扫描曲线。红色曲线表示抗混迭滤波器设置为400 kHz的相同输入扫描曲线。只要将输入振幅降低到-6 dBV并且注意曲线的幅度是相对于输入振幅的，深红色曲线就表明，在输入信号超过几百毫伏的情况下，滤波器的THD+N在频谱内有所恶化。将滤波器转角调低到34 kHz时，6dBV扫描曲线表明在通带的最后一个倍程内THD+N有激增的趋势。

输出单元也带有与其电压输出模式相关的低通滤波器。输出单元级联两个同样调谐的单极部分，并且用做重建滤波器来消除开关噪声。调到一个相对开放的400 kHz频率的两个双极部分，其在一个简单倒相放大器之后的性能比原始输出单元更好。一个处理-18dBV扫描正弦波的增益为-4的倒相放大器，其在20Hz~40kHz频段内的THD+N曲线是基本平直的。将输出单元用作具有400kHz低通转角频率的电压输出端，会产生-62dBr的THD+N。当输出单元处于其原始配置时，其性能下降到-52 dBr。如果你决定用FPAA来设计，以有助于识别你设备的最佳工作条件，则对输出结构进行进一步的调查就理所应当地被证明是正确的。

FPAA的配置内存包括一个影子