《国外电子元器件》1998 年第 4 期 - 2- 1998 年 4 月 ●新特器件应用 可编程监测和诊断数据采集模块 IM P50 E30 后勤工程学院 郭凌 王丰 姚大红 摘要 : IM P50E30 是美国 IM P 公司生产的可编程监测和诊断数据采集模块 , 有电平比较 器、 窗口比较器 、 模数转换器三种工作模式 , 可同时对 16 路信号进行监测 , 应用于测试和 数据采集系统 。本文介绍了该器件的结构 、 特性 、 功能和应用 。 关键词 : EPAC ASIC 多路选择器 A/ D 变换器 1. 简介 EPAC ( Elect ricall y Pro g rammable Analo g 列 ,其引脚排列如图 2 所示 。 3. 特性和应用领域 Circuit ) 是 数 字 F P GA ( Field Pro g rammable Gate Array ) 现场可编程门阵列在模拟领域的 对应器件 ,具有高集成度 、 高可靠性 、 高性能 、 小 体积 、 用户可配置和易于使用等优点 ,可使电路 及系统设计人员在开发模拟电路和模拟系统中 避免因使用传统的 ASIC ( App licatio n Sp ecific Custo m IC) 及特定的 IC 而引起的时间浪费及 调试风险 。IM P50E30 电可编程模拟电路是一 种用户可编程集成电路 , 是美国 IM P 公 司 EPAC 系列产品之一 。 它提供多种监测 、 诊断和 数据采集特性 , 可用于各种 IM P50E30 模块具有如下特性 : ●多路转换输入通道 :16 路单端 / 8 路差分 输入 ,24μs 通道扫描率 ; ●手动和自动通道扫描 ; ●实时在线改变电路配置 ; ●信号滤波 ; ●独立或μC 主机控制工作 ; ●用户可设置增益 ; ●可编程电平和窗口比较器翻转电平 、功 率电平和抗混叠滤波器 ; 监测仪表中 。 2. 内部结构和引脚 说明 IM P50E30 模 块 由 多 路输入转换器 、低通滤波 器 、窗口比较器 、状态寄存 器 、功率控制电路 、看门狗 单元 、辅助放大器和时钟单 元等部分组成 , 其内部结构 如图 1 所示 。 IM P50E30 模 块 采 用 44 引脚 PL CC 标准封装形 式 , 各引脚功能如表 1 所 图1 IM P50E30 内部结构 © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 可编程监测和诊断数据采集模块 IM P50E30 - 3- 表 1 IMP50 E30 引脚说明 引脚号 名称 类型 1 ,3 ,5 ,7 , 9 ,11 ,13 ,15 in1n～in8n 模拟 2 ,4 ,6 ,8 ,10 , 12 ,14 ,16 in1p ～in8p 模拟 17 18 20 COM VSS CL K 模拟 电源 数字 21 22 23 24 PD POR WDI WDO 25 PT 电源 电源 数字 数字 数字 26 STA TUS 数字 27 28 29 30 31 SDO SLO SDI SCL K SL I 数字 数字 数字 数字 数字 32 RST 数字 34 35 36 38 AU XIN P AU XINN AU XOU T PROB E 模拟 模拟 模拟 模/ 数 39 41 43 44 VDD TRIM CA CB 19 ,33 ,40 ,42 N/ C 电源 模拟 模拟 模拟 空脚 说 明 接至多路转换器的模拟输入端的正端 。可以选择引脚 1 、 3 , 可接 受 16. 5V 的输入模式 ; 在此模式下 , 器件在多路转换器前面要增 加一个衰减器 ( ÷8) 接至多路转换器的模拟输入端的负端 。可以选择引脚 2 、 4 , 可接 受 16. 5V 的输入模式 ; 在此模式下 , 器件在多路转换器前面增加 一个衰减器 ( ÷8) 接地端 ,公共端或者零基准输入端 电源负端 ( 0V) 主模式中为内部时钟输出端 ,可按 1 、 2、 4 或 8 倍分频 。从模式下 为定时逻辑的 CL K 输入端 。 高电平时芯片激活 ; 低电平时芯片为休眠方式 上电复位输出端 。上电后经 16μs 后输出高电平 看门狗输入端 。如不变动便溢出 ,不用时接低电平 看门狗溢出时变为低电平 运行/ 触发输入端 。在单步模式下 , 作一次单通道连通至比较器 或转换器的触发 ; 在连续递增模式下 ,启动或停止通道扫描 输出端 ,对于比较器方式 ,越界时发出中断标志 ; 对于 ADC 方式 , 可发出转换结束 EOC 信号 串行数据输出口 。读回数据 串行装载输出口 。输出当前指令已被执行的标志 串行数据输入口 。当 SCL K 由低变高时 ,数据被装入 串行时钟输入口 。将编程数据移入 EPAC 串行装载输入口 。作为串口的片选端 ,SL I 为低时 ,数据被移入寄 存器 ;SL I 为高时 ,数据被锁存 芯片复位输入端 。低电平时复位 , 并把 EEPROM 中程序加载到 SRAM 中 辅助放大器同相输入端 辅助放大器反相输入端 辅助放大器输出和基准电压缓冲输出端 测试输出端 。内部模拟或数字信号可以引到此测试引脚 电源正端 ,接至 + 5V 基准电压调整 。用于改变所有 DAC 和基准电压缓冲输出 外部电容连接端 。用于改变 L PF 的转折频率 ,不用时为高阻态 ●最大输入信号范围为 16. 5V ; ●串行 8 位 A/ D 转换器 ; ●低功率 CMO S 技术和可编程电源关闭 软件 。 IM P50E30 模块主要用于对正在工作的系 模式 ; 统中的换能器 、 执行机构 、 电源电压和一些重要 的系统指示器进行监视 , 用户可以监测任何系 ●看门狗定时器和辅助运算放大器可降低 系统成本 ; ●EEPROM 存储器保存电路的配置 ; ●基于 Windows 下的 Analo g Ma gic 设计 统的状态 ,甚至是远程系统 ,并且在系统出现故 障 ,需要预防性的维护 、 校正或系统消耗降低时 及时得到报告 。 IM P50E30 主要应用场合如下 : © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 《国外电子元器件》1998 年第 4 期 - 4- 1998 年 4 月 感器输入信号) 可以在系统中得到处理 。 IM P50 E30 的工作规范可以保存在 EEP2 ROM 或 SRAM 中 , 各输入端之间切换便可 以自动调用不同增益的电压门限和滤波器响 应参数 。对增益和判定电平进行编程不需要 外部元件 , 不同的输入信号可以使用不同的判 定准则 。 IM P50E30 输入多路转换器对十六路单端 信号或八路差分信号进行监测 。前四路通道通 过一个片内的 8 ∶1 衰减器和电平移位器 ,能够 承受 16. 5V 电压 。多路转换器后面紧跟一个可 编程低通滤波器和一个可编程增益仪表放大器 ( P GA ) , 其可编程增益为 0. 5 、 1、 2、 3、 4、 6、 8和 10 。P GA 的输出驱动后面的电平比较器 , 它把 图2 IM P50E30 引脚排列 ・U PS 控制 ・元件分级和筛选 ・自动测试设备 ・数据采集和控制 片内可编程的 8 位 DAC 产生的门限电压同输 入信号进行比较 。此外 , 该器件还具有窗口比 较器功能 , 可把两个 DAC 电平比较后的结果 分时锁存到位于比较器输出端的数字寄存器的 两个判决位中 。这种分时多路转换设计节省了 ・集束导线和连接器检验 ・测试和自动维持 ・过程采集监测 ・系统监测 ・网络服务 一个 DAC 和一个比较器 , 并使所有比较更精 确 。在用户的控制下 ,通过使用内部 DAC 比较 器和逐次逼近寄存器 , 芯片可以配置为一个十 六路的 A/ D 转换器 ,数字化后的信号可以通过 串行接口输出 。 4. 功能描述 IM P50E30 还具有连接特性的检测功能 。 比较器模式 、窗口比较器模式和模数转换器模 式 , 它使得观察和测试系统中的模拟或混合信 在用户控制下 , 位于多路转换器输出端的 10μA 电流源被用来测试一个选通的输入通道 是否被低阻抗信号源所驱动 , 或者输入通道是 否被悬空 。当系统上电时需要核实关键性的连 号变得容易 。通过把信号与电压门限进行比较 , 或者把模拟信号数字化 , 可同时对十六路输入 信号进行监测 , 并自动报告是哪一个系统模块 、 元件或工作条件偏离了指定规格 。一旦出现错 误或超越界限 , 系统主控制器便得到报警信 接是否正确无误时 , 常采用这种连接检验模 式。 此外 , IM P50E30 可以检测出按钮和开关的 闭合动作 ,还可以用于测量输入电阻 。 IM P50E30 和 EPAC 的其它型号相同 , 都 是利用基于 Windows 下的 Analo g Ma gic 设计 号 。在 ADC 模式下 ,多路转换器 、 滤波器和可编 程增益放大器可组成完整的十六路 8 位数据采 集系统 。数字化的电平信号通过串行 I/ O 接口 输出 。特殊性质的信息 (如压力 、 功率 、 温度等传 软件和 EPAC 开发系统 , 编程和配置很方便 。 此芯片正常运行功率低于 30mW , 睡眠方式所 需要的功率低于 350μW ,功耗相当低 。 咨询编号 :980401 IM P50E30 有三种基本的电路模式 : 电平 © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.