使用智能模拟模块进行设计 有机电荷转移分子调控二维材料电学特性研究取得进展

今天小编要和大家分享的是智能模拟,电荷转移,VDAC相关信息，接下来我将从使用智能模拟模块进行设计，有机电荷转移分子调控二维材料电学特性研究取得进展这几个方面来介绍。

有机电荷转移分子调控二维材料电学特性研究取得进展

片上系统（SoC）中的电路集成推动了当今的嵌入式系统设计，人们希望将复杂而灵活（可编程且可配置的）的模拟、数字和处理引擎整合到一个芯片上。这个趋势使得SOC和MCU集成了各种复杂和高级的模拟功能。这些灵活的模拟电路不仅能让我们在设计时配置各个模块，而且还能在系统运行时动态地重新配置模块功能本身。此类多用途模拟功能可通过使用通用开关电容（SC）网络和现代SoC及MCU内置的一些模拟逻辑实现。本文将阐述我们如何使用SC网络实现各种模拟功能，以及它们在现实应用中的实际用途。除此之外，本文还将阐述SC模拟模块的原理和应用它的功能包括△Σ调-制、混频器、滤波器、积分器、加法器、减法器、DAC、可编程增益放大器、比较器、采样保持器等等。

智能模拟

模拟电路生态系统需要电阻器、电容以及运算放大器、缓冲器、比较器、基本模拟逻辑等其它模拟模块。由于在集成电路上制造电容更加简便划算，从而衍生了使用开关电容模拟电阻器的技术。这些开关电容以开关的精确定时控制电容之间的电荷转移（参见图1）。内置时钟/定时控制使得模拟功能发生实时变化。这些模块有时被称为通用模拟模块（UAB）。

图1： 通用模拟模块（UAB）

UAB由两个完全对称的半电路构成，可配置为一个伪差分或两个单端功能。 每个半电路配有用于自主操作的控制逻辑。 图2显示了简化的UAB图。 UAB具有高度灵活的转换和连续路由架构，可以实现模拟滤波器等复杂的模拟功能。

图2：简化的UAB

电荷转移原理

电荷转移指的是电压节点之间的电荷受控移动。图3 显示了电阻器和开关电容中的电荷转移。

图3：简化的UAB

在电阻器中，电流（i）由电阻（R）两端的电位差形成。电流从一个电压电位（V） 通过电阻R流向地电位。遵从以下等式：

i = V / R

在开关电容中，电流 （i）是由高电位节点对电容（C）充电并向低电位节点放电形成的。当Φ1开关闭合且Φ2 s开关打开时，电容C满电。所存储的电荷为：q=CV

当Φ1开关打开且Φ2开关闭合时，所存储的所有电荷移动到接地节点，每个开关周期内移动一定量的电荷。如果开关的控制频率为fs，则电荷量也以该频率移动。电荷的重复移动产生电流，遵从以下等式：

i = q/t = fsq = fsCV

与电阻器不同，开关电容中的电流不是连续移动的。通过对比以上两个电流等式，我们会发现，如果它们有相同的压降电流比，其就等效于电阻器。因此，我们可以使用并联开关电容串联电阻器。

V/i = R = 1/fsC

等效电阻与开关频率和电容成反比。通过改变开关频率可以容易地改变电阻器的相对值。较高的C值意味着较大的电流和较小的等效电阻。与此类似，较高的开关频率 （fs） 意味着较大的电流和较小的等效电阻。 Φ1和 Φ2开关必需满足时序要求才能产生上述结果，其中包括：

1） 不要同时关闭两个开关;

2） 在关闭某个开关之前，先打开另一个开关;

3） 选择最大的开关频率，以便让C在周期内得到完全充放电。

这种开关电容与运算放大器和比较器一起形成UAB。 这样开发者就能够整合多种模拟功能。 本文就解释了一个这样的模拟特性-VDAC。

VDAC Implementation VDAC的实现：

VDAC是数模转换器电路，它将数字输入转换为一个等效模拟电压。VDAC位于众多控制系统的核心，决定了系统的性能和精度。VDAC输出电压的精度最终取决于其参考电压。VDAC有很多应用，例如可编程电压发生器，提供传感器偏置和补偿电压、比较器参考电压或动态输出波形。

VDAC电路的UAB开关电容拓扑如图3所示。由于开关电容模块的离散时间属性，开关电容会对数据进行采样和缓冲以获得连续输出。 该模块支持在MCU的工作和睡眠模式下工作。

这个拓扑结构为VDAC功能带来了灵活性。动态Vout范围由一端的Vref值和另一端的Vagnd值决定。这可以让用户通过外部电路提供Vref和Vagnd来设置动态Vout范围。此外，增益设置可将输出范围选为Vagnd+ Vref、Vagnd+ 2Vref或Vagnd+ 4Vref，从而保证Vssa和Vdda之间的全范围可行。此VDAC带有一个13位的输入端，其输入范围由- 4096到+4095。 这些值可以直接写入相应的寄存器以生效。

图3：基于开关电容拓扑结构的VDAC

模拟协处理器中的VDAC还支持乘法模式，在该模式下， VDAC输出电压乘以模拟输入信号，形成一个乘积输出。乘法DAC（MDAC）是固定参考应用的理想模块，在此类应用中，用户希望从固定直流电压生成波形。此外，这些MDAC还适合那些用户希望数字化转换AC或任意参考电压的各类参考应用。

VDAC IDE 配置：

尽管MCU提供极高的灵活性和可编程性，开发人员还是担心为了适应他们的应用设计，还需要诸多的配置寄存器和调整模块工作。PSoC Creator工具支持模拟协处理器，可让用户方便地配置这些功能。PSoC Creator是一个免费的基于Windows的集成开发环境（IDE），能够实现并行硬件和固件设计系统。该工具的设计环境类似于乐高积木，用户可以通过双击组件将它们放置在电路图上，并配置它们的功能。图4显示了PSoC Creator中的VDAC组件配置工具，这些工具可以缩短设计周期。

图四：PSoC Creator中的VDAC组件配置工具

关于智能模拟,电荷转移,VDAC就介绍完了，您有什么想法可以联系小编。