探索TRAC020LH：完全可重构模拟电路的卓越之选

在模拟信号处理的领域中，不断追求更高效、更灵活的解决方案是电子工程师们永恒的目标。今天，我们就来深入了解一款备受瞩目的产品——TRAC020LH，它是完全可重构模拟电路（TRAC®）家族中的一员，为模拟信号处理带来了全新的思路和方法。

文件下载：TRAC020LHQ36.pdf

一、TRAC020LH概述

TRAC020LH是现有TRAC产品的微功耗版本，在带宽和功能精度方面有显著提升。作为现场可编程模拟设备（FPAD）TRAC家族的新成员，它能在数分钟内将信号处理问题转化为可用的硅解决方案，为众多市场中的信号处理问题提供了高度灵活的单芯片解决方案。

它引入了自上而下的结构化设计原则，支持快速实现、原型制作和产品发布。与传统的基于组件的设计不同，TRAC采用计算方法，让设计师享受到可编程数字设备的优势，同时为高容量应用提供了定制硅解决方案的途径。

二、应用领域广泛

TRAC020LH的应用场景丰富多样，涵盖了许多模拟信号处理领域：

1. 模拟计算：在需要进行复杂模拟运算的场景中发挥作用。
2. 模拟信号处理（ASP）：对模拟信号进行各种处理，满足不同的应用需求。
3. 经典与现代控制系统：为控制系统提供精确的信号处理支持。
4. 音频应用：在音频处理中实现高质量的信号处理。
5. 声纳和超声系统：用于声纳和超声信号的处理和分析。
6. 模拟相关、回声消除：有效处理信号的相关性和消除回声干扰。
7. 对数、线性和现代滤波器设计：实现各种滤波器的设计和优化。
8. 仪器仪表：为仪器仪表提供精确的信号处理能力。
9. 传感器特性校正：对传感器的输出信号进行校正，提高测量精度。
10. 矢量分析：在矢量信号处理中发挥重要作用。

三、特性与优势显著

（一）设计与验证更快速

1. 即时可用的硅解决方案：能够快速实现信号处理解决方案，节省开发时间。
2. 灵活应对需求变化：可以根据不同的需求进行灵活配置，适应不断变化的应用场景。
3. 专注于模拟问题的数学思考：减少电路设计的工作量，让设计师更专注于信号处理的本质。
4. 与FPGA一样通用和易用：具备与FPGA类似的灵活性和易用性。
5. 按时完成更多项目：提高开发效率，确保项目按时交付。
6. 高度集成和设计保密：实现高度集成，同时保护设计的保密性。
7. 与其他CAE系统集成：方便与其他计算机辅助工程系统进行集成。

（二）设计迁移透明

1. 编程字节少：只需不到8个字节即可完成编程，简化了编程过程。
2. 全工业温度范围：能够在 -40°C 至 85°C 的工业温度范围内稳定工作。
3. 待机模式延长电池寿命：支持待机模式，降低功耗，延长电池使用寿命。
4. 易于级联实现复杂设计：多个设备可以轻松级联，实现更复杂的设计。
5. 集成硅、软件和支持：提供完整的解决方案，包括硅芯片、软件和技术支持。

四、电气特性详细解析

（一）绝对最大额定值

• 任何引脚的电压相对于 (V_{SS}) 最大为 7.0V。
• 工作温度范围为 -40°C 至 85°C。
• 存储温度范围为 -55°C 至 125°C。

（二）一般电气特性

在温度为 25°C，(V{DD}=3.0V pm 0.15V)，(V{SS}=-2.0V pm 0.10V) 的测试条件下：	参数	条件	最小值	典型值	最大值
动态范围	80dB
噪声电压（10Hz - 100kHz）	15nV/√Hz
总谐波失真（100mV 峰 - 峰、1.0V 峰 - 峰）	0.02%、0.08%
互调失真	<0.1%
电源抑制比	60dB
单元间串扰	-60dB
输入范围（所有 IO 引脚）	(V{DD}-2.0V)，(V{SS}+1.0V)
压摆率	4V/µs
工作电流 (I{pp})、(I{ss})（单元到 NIP 功能，(PD = V_{DD})）	2.5mA、 -2.5mA	5.0mA、 -5.0mA	6.0mA、 -6.0mA
关断电流 (I{pp})（(PD = V{SS})）	10µA
单元输出能力 - 灌电流	150µA
单元输出能力 - 拉电流	150µA

（三）单元电气特性

不同功能的单元在特定测试条件下有各自的电气特性，如增益、输入电阻、偏移、带宽等。以非反相通道为例，在 (Vin = pm800mV) 时，增益范围为 0.996 - 1.004，输入电阻为 60MΩ 等。

五、引脚功能说明

引脚名称	功能描述
DATA	用于向 TRAC 输入串行编程数据，每个 TRAC 单元包含一个 3 位移位寄存器，可将每个单元编程为所需的模拟功能。
RESET	低电平有效，将片上所有移位寄存器复位到逻辑零状态，使所有 TRAC 单元处于 OFF 功能。编程和使用模拟功能时应保持高电平。
PD	低电平有效，关闭模拟单元的偏置发生器，切断所有 TRAC 单元的电源电流，不影响单元编程，可用于降低待机模式下的功耗。编程和使用模拟功能时应保持高电平，在 TRAC 开发板上该引脚永久保持高电平（(V_{DD})）。
CLOCK	用于将串行数据时钟输入以编程 TRAC 设备，片上移位寄存器为正边沿触发。
DOUT	是 TRAC 设备上单元 20 的串行数据输出，用于验证 TRAC 设备的编程，也可用于将两个或多个 TRAC 设备以串行架构连接。
CLCR	时钟清除，在独立应用中用作控制引脚，当从 EEPROM 下载的编程串行数据完成时，可关闭下载电路。
IO3 - IO22	是单元 1 到 20 的模拟输入/输出引脚。
IO1、IO2	是单元 1 和 2 的模拟输入引脚。
VDD	TRAC 正电源轨（+3V）。
AGND	模拟地。
VSS	TRAC 负电源轨（-2V），也是系统地。

六、单元功能详情

（一）加法（ADD，代码 011）

可表示为具有三个等值电阻 R 的运算放大器，输出是输入电压的反相和，公式为 (E{o}=-(E{a}+E_{b}))。

（二）取反（NEGATE，代码 010）

由加法器实现，但只有一个输入，输出 (E{o}=-E{b})。

（三）非反相通道（NON INVERTING PASS，代码 100）

用于拓扑原因，提供无修改的信号通路，即单位增益放大器。

（四）对数（LOG，代码 110）

可表示为在负反馈回路中有一对背对背二极管和一个输入电阻 R 的运算放大器，输出公式为 (E{o}=-kT / q log (E{a} / RI_{o}+1))。

（五）反对数（ANTI - LOG，代码 101）

与对数电路类似，但二极管和电阻位置相反，输出电压公式为 (E{o}=-RI{o}(exp qE_{a} / KT - 1))。当信号经过对数和反对数处理时，饱和电流和绝对温度的影响相互抵消。

（六）整流器（RECTIFIER，代码 111）

与反对数功能类似，但去掉了一个二极管，使正输入产生零输出。

（七）辅助（AUX，代码 001）

使用外部组件实现放大、衰减、微分、积分等功能。

（八）关闭（OFF，代码 000）

单元处于关闭状态时，没有信号通路。

七、典型电气特性图表分析

文档中提供了多个典型电气特性图表，包括单元频率响应、相位延迟、偏移电压与温度特性、电压增益与温度特性、直流传输特性以及掉电和数据时钟的建立性能等。这些图表直观地展示了 TRAC020LH 在不同条件下的性能表现，为工程师在设计和应用中提供了重要的参考依据。

八、连接图与封装信息

文档给出了 QSOP 36 引脚的连接图，并详细说明了封装的尺寸信息，包括最小和最大尺寸（毫米和英寸），方便工程师进行 PCB 设计和布局。

TRAC020LH 凭借其丰富的功能、卓越的性能和灵活的配置，为电子工程师在模拟信号处理领域提供了一个强大的工具。在实际应用中，我们可以根据具体的需求充分发挥其优势，实现高效、精确的信号处理解决方案。大家在使用过程中是否遇到过类似产品的应用挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。