第二章 可程式化類比陣列架構探討
2.3 以運算放大器為核心架構的可程式化類比陣列
FPAA 可以大幅所短類比電路設計時間，然而在頻寬和準確性無法同時達到
衝開關以及具有比例功能方塊克服準確性的限制[10]。
開關電阻的電壓降包含在迴路中，不會影響到整體的轉移函數。
圖2. 8 緩衝開關 a.連接至輸入端 b.連接至輸出端
2.3.2 以運算放大器為核心建構的功能方塊
在選擇設計FPAA 的過程，功能方塊是一個重要的特徵，僅具單一功能的功 能方塊是以連接多個功能方塊的方式產生所需的功能，而複合性的功能方塊，單 一個功能方塊就能提供所需的功能。僅具單一功能的功能方塊架構，能有利於增 加功能變化的多樣性，然而缺點在於複雜的線路配置會大量增加佈局面積。當訊 號必須經過多個繞線上的開關時，效能將會減低，因此每一個採用僅具單一功能 的功能方塊的FPAA，都會遇到因複雜的繞線與開關使得效能減低的問題。另一 個方法是採用複合性的功能方塊，所選擇的功能方塊必須滿足應用的區域。
大部分的FPAA 在選擇功能方塊以比較器、轉導器或是運算放大器為主，屬 於僅具單一功能的功能方塊，而在這裡採用的則是採用複合性的功能方塊，其架 構如圖2.9 以及 2.10，採用運算放大器以及被動元件構成回授路徑，轉移函數取 決於回授路徑和輸入的組抗比例，而不是僅採用絕對值，因此能提高準確度。
如圖2.9 所示，兩組輸入信號透過一個固定增益的運算放大器以及一組可程 式化的階梯電阻相連接，達到兩組輸入信號相加的功能，轉移函式如下。
) 10
( a b b
o V D V
V =− + (2. 7)
式中Db是由電阻與開關(D0~D4)所決定。
圖2. 9 具相加功能的類比方塊
如圖2.10，兩組輸入信號透過一個固定增益的運算放大器和電容，以及一組 可程式化的階梯電阻相連接，達到信號相減的功能，透過控制開關S1可使此類比 方塊建構為積分器或比較器，轉移函數如下。
( )
∫
−= D v t D v t dt
t RC
vo 1 p p( ) m m( ) )
( (2. 8)
式中Dp、Dm由電阻以及開關組成的DAC所決定。當開關S1連接電容C時，類比方 塊的功能為積分器，而開關S1打開時(CÆ0)，類比方塊的功能為比較器。
圖2. 10 具相減功能的類比方塊
2.3.3 可程式化類比陣列架構
整體架構如圖2.11 所示，具有四個功能方塊陣列以 2 X 2 陣列的方式排列。
控制訊號儲存在串接式的位移暫存器，再傳遞至每個控制開關，可將功能方塊相 互連接並調整各別功能方塊內的參數，以產生所要求的轉移函數。由於使用具有 較大功能的方塊可以減少繞線上的複雜度，減少訊號在功能方塊間運行產生的誤 差，進而提升整體系統效率。
圖2. 11 以運算放大器為核心的可程式化類比陣列架構