Программируемые Аналоговые Интегральные Схемы

Производители и виды выпускаемых схем. Первые ПАИС были изготовлены в июне 2000 года. Чип 6 мм х 4 мм содержал 4 х 3 массива аналоговых модулей. С 2000 года фирма Lattice Semiconductor выпускает программируемые аналоговые интегральные схемы (ПАИС) семейства ispPAC (In-System Programmable Analog Circuit) с программированием в системе. ispPAC-10 ispPAC-20 ПАИС семейства ispPAC содержат: схемы последовательного интерфейса, регистры и элементы электрически непрограммируемой энергонезависимой памяти (EEPROM), обеспечивающие конфигурирование матрицы; программируемые аналоговые ячейки (PACcells) и состоящие из них программируемые аналоговые блоки (PACblocks); программируемые элементы для межсоединений (ARP - Analog Routing Pool).

Компания Fast Analog Solution предлагает такие микросхемы в серии TRAC. Фирма обозначает их как Field Programmable Analog Devices (FPAD). Разработкой в области программируемых аналоговых схем занимаются также и ведущие российские компаний. Так, специалисты ОАО "НИИТТ и завод "Ангстрем" сосредоточили усилия на разработке и производстве аналого- цифровых БМК (базовых матричных кристаллов) типа "Руль" Н5515ХТ1, Н5515ХТ101, предназначенных для систем сбора данных, контроля и управления, для медицинской техники и контрольно-измерительной аппаратуры.

ПАИС компании Anadigm Компания Anadigm выпускает ПАИС 2-го и 3-го поколения. AN120E04, AN121E04, AN220E04, AN221E04 – ПАИС второго поколения, построенная по схемотехнике на переключаемых конденсаторах, обеспечивает широкую полосу частот обработки сигналов, низкий коэффициент гармоник и интермодуляционных искажений, возможность создавать практически любые схемы аналоговой обработки, снижая затраты на разработку и последующий редизайн изделий.

Достоинства: Полностью дифференциальная архитектура Дифференциальные входы и выходы Низкое напряжение смещения в режиме прецизионного входа Встроенный регистр последовательных приближений Функции линеаризации Мультиплексор 4:1 Полоса частот 0 – 2МГц Отношение сигнал/шум 100 дБ Коэффициент гармоник -80 дБ Корпус для поверхностного монтажа QFP-44 Напряжение питания +5В Устойчивость к статическому напряжению 4000В Области применения: Схемы обработки сигналов датчиков Комплексная фильтрация Системы промышленной автоматики Системы медицинской диагностики и мониторинга Адаптивные схемы аналоговой обработки Прецизионные схемы управления Схемы ультра низкочастотной обработки сигналов Линеаризация сигналов Достоинства: Динамическое переконфигурирование Полностью дифференциальная архитектура Дифференциальные входы и выходы Низкое напряжение смещения в режиме прецизионного входа Встроенный регистр последовательных приближений Функции линеаризации Мультиплексор 4:1 Полоса частот 0 – 2МГц Отношение сигнал/шум 100 дБ Коэффициент гармоник -80 дБ Корпус для поверхностного монтажа QFP-44 Напряжение питания +5В Устойчивость к статическому напряжению 4000В Области применения: Схемы обработки сигналов датчиков Комплексная фильтрация Системы промышленной автоматики Системы медицинской диагностики и мониторинга Адаптивные схемы аналоговой обработки Прецизионные схемы управления Схемы ультра низкочастотной обработки сигналов Схемы управления модуляторов и приемников полупроводниковых лазеров Линеаризация сигналов AN120E04 Сравнительные характеристики AN121E04

Достоинства: Динамическое переконфигурирование 4 конфигурируемые ячейки ввода-вывода 8-разрядный АЦП последовательного приближения Полностью дифференциальная архитектура Дифференциальные входы и выходы Низкое напряжение смещения в режиме прецизионного входа Функции линеаризации Мультиплексор 4:1 Полоса частот 0 – 2 МГц Отношение сигнал/шум 100 дБ Коэффициент гармоник -80 дБ Корпус для поверхностного монтажа QFP-44 Напряжение питания +5 В Устойчивость к статическому напряжению 4000 В Области применения: Схемы аналоговой обработки, программно управляемые в реальном времени Адаптивная фильтрация Адаптивная аналоговая обработка для ЦСП Адаптивные системы промышленной автоматики Системы с авто калибровкой Компенсация разбросов параметров компонентов систем Прецизионные схемы управления Схемы ультра низкочастотной обработки сигналов Адаптивная линеаризация сигналов

Достоинства: Динамическое переконфигурирование 4 конфигурируемые ячейки ввода-вывода 8-разрядный АЦП последовательного приближения Полностью дифференциальная архитектура Дифференциальные входы и выходы Низкое напряжение смещения в режиме прецизионного входа Функции линеаризации Мультиплексор 4:1 Полоса частот 0 – 2 МГц Отношение сигнал/шум 100 дБ Коэффициент гармоник -80 дБ Корпус для поверхностного монтажа QFP-44 Напряжение питания +5 В Устойчивость к статическому напряжению 4000 В Области применения: Схемы аналоговой обработки, программно управляемые в реальном времени Адаптивная фильтрация Адаптивная аналоговая обработка для ЦСП Адаптивные системы промышленной автоматики Системы с авто калибровкой Компенсация разбросов параметров компонентов систем Прецизионные схемы управления Схемы ультра низкочастотной обработки сигналов Адаптивная линеаризация сигналов

Программируемые аналоговые интегральные схемы 3-го поколения AN131E04/ AN231E04 Процессоры аналоговой обработки сигналов Области применения: Схемы аналоговой обработки, программно управляемые в реальном времени Обработка ПЧ RFID считывателей Адаптивная фильтрация и управление Адаптивная аналоговая обработка для ЦСП Адаптивные системы промышленной автоматики Системы с авто калибровкой Компенсация разбросов параметров компонентов систем Прецизионные схемы управления Схемы ультра низкочастотной обработки сигналов Адаптивная линеаризация сигналов

Достоинства: Динамическое переконфигурирование; Полностью дифференциальная архитектура 7 конфигурируемых ячеек ввода/вывода; Низкое напряжение смещения в режиме прецизионного входа – менее 50 мкВ; Буферные преобразователи несимметричных сигналов в дифференциальные; Функции линеаризации; Мультиплексор 4:1; Полоса частот 0 – 2 МГц; Отношение сигнал/шум 120 дБ; Коэффициент гармоник -100 дБ; Корпус для поверхностного монтажа QFN-44; Напряжение питания +3,3В; Устойчивость к статическому напряжению 4000 В

Обобщенная архитектура FPAA.

Архитектура ПАИС имеет простой и гибкий конфигурационный интерфейс. Он предназначен для работы как в автономном режиме, так и для связи с внешними SPI_ или FPGA EPROM_интерфейсами. В режиме FPGA EPROM после включения питания конфигурация из EPROM будет автоматически загружена в FPAA, и устройство сразу же начнет работать. Конфигурационный интерфейс также выполняет функцию связи FPAA с внешним микроконтроллером через SPI_порт в режиме ведомого устройства. С его помощью возможно наращивание количества ПАИС для создания больших систем аналоговой обработки

КОНФИГУРИРУЕМЫЕ АНАЛОГОВЫЕ БЛОКИ обобщенная структура одной из ячеек матрицы КАБ. Каждая ячейка содержит статические и динамические ключи. Динамические ключи управляются входными и тактовыми сигналами, а также логикой регистра последовательного приближения. Статические ключи определяют общие схемы коммутации блоков, значения ёмкостей конденсаторов и подключение входов. Конфигурируемый аналоговый блок содержит также группу из восьми программируемых конденсаторов, каждый из которых может иметь относительное значение ёмкости от 0 до 255 единиц. Для элементов КАМ важно не абсолютное значение ёмкости, а соотношение между ними, которое выдерживается с точностью не меньше 0,1%.

Программное обеспечение.

AnadigmPID – мощное средство для разработки замкнутых систем с обратной связью. Он позволяет разрабатывать регуляторы в любом сочетании, включая формы I, PI, PD, и PID. Основные входные параметры разработки - это коэффициенты усиления каждого из каналов регулятора. Данные разработки схемы контроллера автоматически и непрерывно передаются из AnadigmPID в AnadigmDesigner 2. По окончании разработки контроллера PID, дальнейшая его модификация может осуществляться стандартными средствами AnadigmDesigner 2.

AnadigmFilter – это мощный инструмент, позволяющий разрабатывать более сложно организованные фильтры, чем имеющиеся в базе стандартных КАМ. Стандартные библиотеки КАМ содержат лишь фильтры первого и второго порядков, в которых пользователь устанавливает только величины частоты среза, усиление и добротность. Стандартные библиотечные элементы фильтров могут быть сгруппированы в фильтры более высоких порядков, но для того, чтобы сделать это наиболее эффективно, необходимо использовать дополнительные справочные материалы по разработке фильтров и выполнять громоздкие вычисления вручную. В качестве альтернативы выступает инструмент AnadigmFilter, полностью

Входной сигнал Выходной сигнал

АЧХ, полученная в ППП «APRA-ЧГУ» АЧХ, полученная в AnadigmDesigner2

Таблица полученных результатов ППП «APRA-ЧГУ»AnadigmDesigner2 Собственная частотаw1: 4570,833 w2: 4570,833 w3: 4570,833 w1: 4570,835 w2: 4570,835 w3: 4570,835 Добротностьq1: 1,93185 q2: 0,70711 q3: 0,51764 q1: 1,93 q2: 0,707 q3: 0,518 Полюса передаточной функции S1,S~1:-0,28967 j1,08105 S2, S~2: -0,79138 j0,79138 S3, S~3: -1,08105 j0,28967 S1, S~1: -0,28923 j1,08154 S2, S~2: -0,79077 j0,7907 S3, S~3: -1,08154 j0,2892