PSoC模拟电路.ppt

1、第一部分 模拟电路设计原理 通用放大器设计与实现 加法器设计与实现,PSoC模拟电路,模拟电路设计原理-双电源供电放大器,一个双电源供电的运算放大器的双电源是由一个正 电源和一个相等电压的负电源组成。通常的双电源有 15V，12V 和5V（在双电源供电的运算放大器上经常 以VCC和VCC标识）。,模拟电路设计原理-单电源供电放大器,PSoC内部提供了通用运算放大器资源。由于PSoC芯 片本身是单电源供电，因此PSoC内部的运算放大器也是 单电源供电。单电源供电放大器和双电源供电放大器是有 区别的。,如右图所示，单电源供电的 运放的电源脚连接到VDDA和 VSSA。 注意： VDDA：为PSoC

2、模拟外设和 模拟 内核管理器供电的电压； VSSA：为PSoC模拟外设的地；,模拟电路设计原理-单电源供电放大器,为了使单电源供电的放大器正常工作，通常需要给 放大器施加合适的直流偏置。直流偏置电压通常为 VDDA/2。PSoC内部的通用放大器的输入电压范围：最 小为VSSA，最大为VDDA。,模拟电路设计原理-单电源供电放大器(不同配置),在任何一种配置中，输入和输出信号都能连接到内部全局总线 中，并可以使用ADC或者比较器进行监控。通过使用这些信号和 GPIO引脚之间的模拟开关的切换来实现这些配置。,模拟电路设计原理-单电源供电放大器,通用放大器有三种速度模式：低、中和快。 低模式有最小的

3、静态功耗; 快模式有最大的功耗。输入能轨至轨的摆动。 在低电流输出下，输出电压值在VSSA + 50 mV Vout VDDA50 mV范围内摆动。 当驱动高电流负载（大约25mA）时，输出电压值 在VSSA + 500 mV Vout VDDA500 mV范围内 摆动。,简单电压跟随器的设计-电路设计,1打开PSoC Creator2.0软件，在主界面主菜单下， 选择File-New-Project，弹出如下图所示的界面，选 择Design标签。在Design标签下，选择Empty PSoC3 Design类型。在Location右 边输入该设计的路径，在 Name右边给出该设计的工 程名字

4、follower，然后点击 “OK”按钮。,简单电压跟随器的设计,2. 如下图所示，在Workspace Explorer界面中，选 择Source标签，在该窗口下，选择TopDesign.cysch，鼠 标双击该条目，打开原理图界面。,简单电压跟随器的设计-电路设计,3. 如下图所示，在主界 面右侧“Component Catalog”窗 口中，选择Cypress标签栏，并 展开Analog。在展开条目中， 找到Amplifiers子条目，并展开 。可以看到在这个子条目下， 提供了Invert PGA、Opamp、 PGA和TIA等模拟设计资源。,图1.6 选择放大器元件,简单电压跟随器的设

5、计-电路设计,4将上图中所给出的通用放大器Opamp器件符 号用鼠标拖到上图左侧原理图设计界面中。,5用鼠标双击原理图内的Opamp_1器件符号，打 开下图所示的放大器配置界面。按如下参数配置放大 器： Mode：Follower（跟随器）； Power：High Power（高功耗）； 将放大器配置为高功耗下的电压跟随器模式。 点击“OK”按钮，关闭放大器配置窗口界面。,简单电压跟随器的设计-电路设计,简单电压跟随器的设计-电路设计,6为了后面设计电路的方便，将Opamp_1原理图 符号按下图所示进行反转。方法是： 用鼠标选中整个Opamp_1符号； 点击鼠标右键，出现浮动菜单， 选择Sha

6、pe； 然后选择 ； 这样，原理图符号就变成下图所示的位置。,简单电压跟随器的设计-电路设计,7. 在主界面右侧“Component Catalog”窗口中，选择 Cypress标签栏，并展开Ports and Pins。在展开的子条目 中，找到Analog Pin，并将其拖入到如下图所示的原理图 界面中。,简单电压跟随器的设计-电路设计,8重复上述的第47步。如下图所示，添加并配 置第二个跟随器符号。,简单电压跟随器的设计-电路设计,9在主界面右侧“Component Catalog”窗口中，选 择Cypress标签栏，并展开Analog。在展开条目中，找到 VRef子条目，并展开。并将其拖

7、入下图所示的原理图界 面中。,简单电压跟随器的设计-电路设计,10用鼠标双击上图中的Vref符号，打开其配置界 面。在配置界面中，通过下拉框将Vref Name设置为 Vdda/2。 点击“OK”按钮，关闭引脚配置界面。,11用鼠标双击Pin_1引脚符号，打开如下图所示的 引脚配置界面，在Type标签栏下，选中Show Annotation Terminal。点击“OK”按钮，关闭引脚配置界面。,简单电压跟随器的设计-电路设计,简单电压跟随器的设计-电路设计,12类似的，用鼠标分别双击Vout_1和Vout_2引脚 符号，打开配置界面，在Type标签栏下，选中Show Annotation T

8、erminal。点击“OK”按钮，关闭引脚配置 界面。,简单电压跟随器的设计-电路设计,13为了描述整个系统设计结构，添加注解符号用 于说明PSoC器件外部所连接器件的类型以及与PSoC器 件端口的连接关系。如下图所示，在主界面右侧 “Component Catalog”窗口中，选择图注解符号窗 口Annotation（注解）标签栏，并展开Passive（无源） 。在展开子条目中中找到Capacitor（电容），并将其 分两次拖入到后面所示的原理图界面中。,简单电压跟随器的设计-电路设计,简单电压跟随器的设计-电路设计,14. 从下图所示的绘图工具栏中，选择连线按钮 ， 将图上图中的Opamp

9、符号、Pin_1、Vref、Vout_1、 Vout_2和电容注解符号连接在一起。,简单电压跟随器的设计-电路设计,15为了使图的设计有更好的可读性，从绘图工具 栏中，选择按钮，添加Vin和Vout文字注释。,简单电压跟随器的设计-添加软件代码,为了使得通用放大器工作，需要添加软件控制代码 。其步骤主要包括： 1主界面主菜单下，选择Build-Build Follower， 使软件自动产生所需要的应用程序接口函数。,2如下图所示，在主界面的Workspace Explorer 窗口下，选择Source标签。在该窗口下，选择 ProjectfollowerCY8C3866AXI-040，并展开。

10、找到 Source Files子条目，并展开。选中main.c文件，并用鼠 标双击打开该文件。,简单电压跟随器的设计-添加软件代码,简单电压跟随器的设计-添加软件代码,3如下图所示，添加两行代码到第17行。该代码表 示启动Opamp_1和Opamp_2放大器工作。该函数可以在 图1.17所示的Generated_Source条目下找到。展开 Generated_Source条目，在展开的子条目中，找到 PSoC3条目并展开。在子条目下，找到Opamp_1和 Opamp_2子条目并展开。找到Opamp_1.c和Opamp_2.c 文件，并打开，就可以看到所添加的应用程序接口函数 。,简单电压跟随

11、器的设计-添加软件代码,图1.18 添加软件代码到设计中,简单电压跟随器的设计-分配引脚,分配引脚可以通过两种方法实现。 1) 主界面主菜单下，选择Build-Build Follower，使 软件自动分配引脚。 2) 建立完设计后，用鼠标双击follower.cydwr文件。 打开下图引脚分配界面。 名字为Pin_1的引脚分配给了PSoC3器件的P35引脚； 名字为Vout_1的引脚分配给了PSoC3器件的P36引脚； 名字为Vout_2的引脚分配给了PSoC3器件的P37引脚。,简单电压跟随器的设计-分配引脚,3如果想修改引脚的分配，可以通过下拉框将指 定的PSoC上的引脚分配给设计中的端

12、口Pin_1、Vout_1 和Vout_2。,简单电压跟随器的设计-设计下载与测试,下面给出下载设计到目标器件的步骤： 1选择Cypess提供的开发平台平台。设置合适的 VDDA电压，选择5V或者3.3V，该设置将决定模拟信号的 输入和输出摆动范围。 2开发平台PSoC3/5芯片的P35引脚将和一个外部的 0.1uF的瓷片电容一端连接在一起。该电容是隔直电容，用 于滤除直流分量。该电容的另一端连接外部信号源。该信 号源和电压跟随器采用交流耦合方式，给出的信号不含有 直流偏置。 3使用导线将PSoC3/5芯片的P35和P37引脚连接 在一起。,简单电压跟随器的设计-设计下载与测试,4在开发平台P

13、SoC3/5芯片的P36引脚上和外部的 一个0.1uF的瓷片电容一端连接在一起。该电容是隔直电 容，用于滤除直流分量，另一端连接示波器。 5给开发平台供电，并将USB下载电缆连接到开发 板的USB下载端口和PC的USB端口。 6在主界面主菜单下，选择Build-Build Follower。 7在主界面主菜单下，选择Debug-Program。 当完成将设计下载到目标器件后，就可以对设计进行 测试和验证。,加法器设计与实现-设计原理,下图给出了加法器的原理图。,加法器设计与实现-设计原理,当没有交流信号输入时，即信号的直流通路输出满足：,当有交流小信号输入时，信号的交流通路（直流偏置 接地）输

14、出满足：,则交流信号的输出为：,加法器设计与实现-设计原理,使用叠加定理得到总输出为：,经过隔直电容C1后的输出为：,当R2=R1A=R1B=R1C时，,加法器设计与实现-设计原理,为了将输入放大器的偏置电流将到最低，应该满 足下面条件：,该电路中的Cin1、Cin2、Cin3为隔直电容，即电路 采用交流耦合方式，将信号输入到反相放大器电路中。,加法器设计与实现-电路设计,1打开PSoC Creator2.0软件，在主界面主菜单下， 选择File-New-Project，弹出New Project（新工程） 界面，选择Design标签。在Design标签下，选择Empty PSoC3 Desi

15、gn类型。在Location右边输入该设计的路径 ，在Name右边给出该设计的工程名字summing_op，然 后点击“OK”按钮。,2在Workspace Explorer界面中，选择Source标签， 在该窗口下，选择TopDesign.cysch，鼠标双击该条目， 打开原理图界面。,加法器设计与实现-电路设计,3在主界面右侧“Component Catalog”窗口中，选 择Cypress标签栏，并展开Analog。在展开条目中，找到 Amplifiers子条目，并展开。拖入两个Opamp符号到下图 所示的原理图中。Opamp1为跟随器，用于给放大器 Opamp_2提供直流偏置电压。,加

16、法器设计与实现-电路设计,加法器设计与实现-电路设计,4用鼠标双击上图内的Opamp_1器件符号，按如 下参数配置放大器： Mode：Follower（跟随器）； Power：Low Power（低功耗）；,5在主界面右侧“Component Catalog”窗口中，选 择Cypress标签栏，并展开Analog。在展开条目中，找到 Vref子条目，将其拖入到上图所示的原理图界面中。而 Opamp_2器件使用系统默认设置即可，不需要修改其参 数配置。,加法器设计与实现-电路设计,6用鼠标双击原理图内的Vref器件符号，打开其 参数配置界面，通过下拉菜单选择将Vref Name设置为 Vdda/

17、2。表示所提供的直流偏置为放大器供电电压的一 半，通过跟随器将其提供给Opamp_2器件使用。,7在主界面右侧“Component Catalog”窗口中，选择Cypress标签栏，并展开Ports and Pins。在子条目中找到Analog Pin，并将其拖入到如图3.10所示的原理图界面中。,8分别用鼠标双击Pin_1、Pin_2、Vout1和Vout2引脚符号，打开配置界面，在Type标签栏下，选中Show Annotation Terminal。,加法器设计与实现-电路设计,9为了描述整个系统设计结构，添加注解符号用于 说明PSoC器件外部所连接器件的类型以及与PSoC器件端 口的连

18、接关系。在主界面右侧“Component Catalog”窗口 中，选择Annotation（注解）标签栏，并展开Passive（无 源）。在展开子条目中找到Capacitor（电容）和Resistor （电阻），并将其拖入到原理图界面中。,加法器设计与实现-电路设计,10从绘图工具栏中，选择连线按钮 ，将图中的 设计符号连接在一起。,11为了使原理图的设计有更好的可读性，从绘图 工具栏中，选择按钮 ，添加Vin1、Vin2、Vin3和 Vout文字注释。,加法器设计与实现-添加软件控制代码,为了使得通用放大器工作，需要添加软件控制代码 。其步骤主要包括： 1主界面主菜单下，选择Build-B

19、uild summing_op，使软件自动产生所需要的应用程序接口函 数。 2在主界面的Workspace Explorer窗口下，选择 Source标签。在该窗口下，选择Projectsumming_op CY8C3866AXI-040，并展开。找到Source Files子条目 ，并展开。选中main.c文件，并用鼠标双击打开该文件。 3如下图所示，从第17行开始添加两行代码。,加法器设计与实现-添加软件控制代码,加法器设计与实现-引脚分配,分配引脚可以通过两种方法实现。 1.主界面主菜单下，选择Build-Build summing_op， 使软件自动分配引脚。 2. 建立完设计后，用鼠

20、标双击summing_op.cydwr文件。打开图所示的引脚分配界面。 名字为Pin_1的引脚分配给了PSoC3器件的P32引脚； 名字为Pin_2的引脚分配给了PSoC3器件的P35引脚； 名字为Vout_1的引脚分配给了PSoC3器件的P36引脚； 名字为Vout_2的引脚分配给了PSoC3器件的P31引脚；,加法器设计与实现-引脚分配,3如果想修改引脚的分配，可以通过下拉框将指定的PSoC上的引脚分配给设计中的端口。,加法器设计与实现-下载和测试,1选择Cypess提供的开发平台。设置合适的VDDA电 压，选择5V或者3.3V，该设置将决定模拟信号的输入和 输出摆动范围。 2开发平台PS

21、oC3/5芯片的P32引脚与外部10k电 阻R_2的一端连接在一起，另一端和外部0.1uF的电容 C_1焊接在一起，电容的另一端将连接输入信号Vin1。 3在开发平台PSoC3/5芯片的P32引脚与外部10k 电阻R_3的一端连接在一起，另一端和外部0.1uF的电容 C_2焊接在一起，电容的另一端将连接输入信号Vin2。,加法器设计与实现-下载和测试,4在开发平台PSoC3/5芯片的P32引脚与外部10k电 阻R_4的一端连接在一起，另一端和外部0.1uF的电容C_3 焊接在一起，电容的另一端将连接输入信号Vin3。 5开发平台PSoC3/5芯片的P35和P36引脚之间， 焊接一个2.5k的电

22、阻。 6开发平台PSoC3/5芯片的P31和P32引脚之间， 焊接一个10k的电阻。 7开发平台PSoC3/5芯片的P31引脚与外部0.1uF电 容C_4的一端焊接在一起，电容的另一端将连接示波器。,加法器设计与实现-下载和测试,8使用外部的信号源，将信号探头分别连接到C_1 、C_2和C_3电容的一个引脚上。该信号源和电压跟随器 采用交流耦合方式，输入的信号不包含直流分量。 9给开发平台供电，并将USB下载电缆连接到开发 板的USB下载端口和PC的USB端口。 10在主界面主菜单下，选择Build-Build summing_op。 11在主界面主菜单下，选择Debug-Program。,一

23、阶同相低通滤波器的设计与实现-设计原理,下图给出了一阶同相有源低通滤波器的结构。,一阶同相低通滤波器的设计与实现-设计原理,当没有交流信号输入时，即信号的直流通路输出满足：,当有交流小信号输入时，信号的交流通路（直流偏置 接地）输出满足：,一阶同相低通滤波器的设计与实现-设计原理,令：,令：,一阶同相低通滤波器的设计与实现-电路设计,1打开PSoC Creator2.0软件，在主界面主菜单下， 选择File-New-Project，弹出New Project（新工程） 界面，选择Design标签。在Design标签下，选择Empty PSoC3 Design类型。在Location右边输入该设

24、计的路径 ，在Name右边给出该设计的工程名字no_invert_LPF_op ，然后点击“OK”按钮。,2在Workspace Explorer界面中，选择Source标签，在该窗口下，选择TopDesign.cysch，鼠标双击该条目，打开原理图界面。,一阶同相低通滤波器的设计与实现-电路设计,一阶同相低通滤波器的设计与实现-电路设计,3在主界面右侧“Component Catalog”窗口中，选 择Cypress标签栏，并展开Analog。在展开条目中，找到 Amplifiers子条目，并展开。在展开子条目中找到Opamp ，并拖入该符号到下图所示的原理图中。,一阶同相低通滤波器的设计与

25、实现-电路设计,4用鼠标双击图内的Opamp_2符号，将Mode设 置为Follower，其余按默认设置。,5用鼠标双击图内的Opamp_1符号，将Power设置 为High Power， 其余按默认设置。,6在主界面右侧“Component Catalog”窗口中，选 择Cypress标签栏，并展开Analog。在展开条目中，找 到Vref子条目，将其拖入到原理图界面中。,一阶同相低通滤波器的设计与实现-电路设计,7用鼠标双击下图内的Vref器件符号，打开其参 数配置界面，通过下拉菜单选择将Vref Name设置为 1.024V。 通过Opamp_2跟随器，为放大器Opamp_1提供直 流偏

26、置（注：直流偏置可以根据信号源输入的直流偏 置Vref进行修改）。,8在主界面右侧“Component Catalog”窗口中， 选择Cypress标签栏，并展开Ports and Pins。在子条 目中找到Analog Pin，并将其拖入到如图6.2所示的原 理图界面中。,一阶同相低通滤波器的设计与实现-电路设计,9用鼠标分别双击Pin_1、Pin_2、Vout_1和 Vout_2引脚符号，打开配置界面，在Type标签栏下， 选中Show Annotation Terminal。,10为了描述整个系统设计结构，添加注解符号用于说明PSoC器件外部所连接器件的类型以及与PSoC器件端口的连接关

27、系。在主界面右侧“Component Catalog”窗口中，选择Annotation（注解）标签栏，并展开Passive（无源）。在展开子条目中中找到Capacitor（电容）和Resistor（电阻）。并将其拖入到如图6.2所示的原理图界面中。,一阶同相低通滤波器的设计与实现-电路设计,11从绘图工具栏中，选择连线按钮 ，将图中 的设计符号连接在一起。,12为了使图6.2的设计有更好的可读性，从绘图工 具栏中，选择按钮，添加Vin和Vout文字注释。,一阶同相低通滤波器的设计与实现-添加软件代码,1主界面主菜单下，选择Build-Build no_invert_LPF_op，使软件自动产生所需要的应用程 序接口函数。,2 在主界面的Workspace Explorer窗口下，选择Source标签。在该