RADYO ELEKTRONİK VE ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ ANSİKLOPEDİSİ Evrensel analog programlanabilir IC'ler: temel fonksiyonel birimlerin seçimi. Referans verisi Radyo elektroniği ve elektrik mühendisliği ansiklopedisi / Mikro devrelerin uygulanması Mantıksal sistemlerin sentezinde yeniden programlanabilir mantık tümleşik devrelerinin (FPGA) önemini abartmak zordur. Öğe tabanının ve bilgisayar destekli tasarım sistemlerinin karmaşık gelişimi, karmaşık mantıksal sistemlerin benzeri görülmemiş kısa sürede ve minimum malzeme maliyetiyle uygulanmasını mümkün kılar. Dolayısıyla analog sistemlerin tasarım ve üretiminde de benzer sonuçlara ulaşma isteği oldukça anlaşılır. Ancak bu yönde yapılan birçok girişim henüz beklenen sonuçları getirmedi ve programlanabilir analog IC'ler (PAIS) ve matris analog LSI'ler (MABIS) henüz evrensel hale gelmedi. Programlanabilir analog LSI tasarlama sorunları FPGA'lar üzerinde mantıksal sistemlerin tasarlanması alanındaki hızlı ilerleme, tüm mantıksal sistemlerin Boole cebirinin iyi geliştirilmiş bir matematiksel aparatına dayandığı gerçeğiyle önceden belirlendi. Bu teori, keyfi bir mantıksal işlevin oluşturulmasının, yalnızca bir temel operatörün - mantıksal VE-DEĞİL (veya OR-NOT) sıralı bileşimi ile mümkün olduğunu kanıtlamayı mümkün kılar. Yani, herhangi bir kesinlikle mantıksal sistem, yalnızca bir türdeki öğelerden, örneğin NAND'den tasarlanabilir. Analog sistemlerin devre şemalarının tasarımı (sentez) ve analizi (ayrıştırma) alanında ise durum oldukça farklıdır. Analog elektronikte, birleşik bir metodolojik konumdan analiz ve sentez problemlerinin çözülmesine izin verecek evrensel olarak tanınan tek bir matematiksel aygıt hala yoktur. Bu fenomenin nedenleri, analog elektroniğin gelişim tarihinde aranmalıdır. İlk aşamalarda, ana fikri karmaşık devre şemalarının düğümlere bölünmesi olan fonksiyonel düğüm yönteminin kavramlarına uygun olarak geliştirilen analog cihazların devresi. Bir düğüm, bir grup öğeden oluşur ve iyi tanımlanmış bir işlevi yerine getirir. Birleştirildiğinde, düğümler bloklar, panolar, dolaplar, mekanizmalar oluşturur - yani. cihazlar olarak adlandırılan bazı birleşik yapılar. Cihazların kombinasyonu bir sistem oluşturur. İşlevsel düğüm yöntemi, sistemlerin temel bileşenlerinin, ana görevi iyi tanımlanmış bir işlevi yerine getirmek olan düğümler olması gerektiğini varsaydı. Bu nedenle işlevsellik, yani bir düğümün bir işlevi yerine getirmesi, düğümleri sınıflandırmak için bir ölçüt olarak alınmıştır. Bununla birlikte, elektronik geliştikçe, çok sayıda yalıtılmış ve yalıtılmış işlev (ve dolayısıyla düğümler) vardı. Karmaşık sistemlerin sentezi için gerekli olan en aza indirgeme ve birleştirme olasılığı ortadan kalktı. Bu nedenle, matris analog LSI (MABIS) ve yeniden programlanabilir analog entegre devrelerin (PAIS) gelişimi yavaşladı ve yavaşlatılmaya devam ediyor. Programlanabilir analog devreler alanındaki durum, önde gelen Rus ve yabancı şirketlerin gelişmeleri analiz edilerek izlenebilir. Böylece, OAO NIITT ve Angstrem fabrikasının uzmanları, tıbbi ekipman için veri toplama, izleme ve kontrol sistemleri için tasarlanmış Rul tipi H5515KhT1, N5515KhT101 analog-dijital BMC'lerinin (temel matris kristalleri) geliştirilmesi ve üretimine odaklandı. ve kontrol ölçüm ekipmanı [1]. Bu BMC'lerin tasarımı bir analog ve dijital matris içerir. Dijital matris, arka arkaya 115 hücreden oluşan beş sıra halinde düzenlenmiş 230 dijital baz hücre (2 23I-NOT kapısı) içerir. Analog matris, iki sıra 18 hücrede düzenlenmiş 9 analog baz hücreyi birleştirir. Analog hücre sıraları arasında iki sıra kapasitör (nominal 17,8 pF) ve iki sıra difüzyon direnci (her biri 24,8 kOhm) bulunur. Analog ve dijital parçalar arasında 3,2 kΩ direnç dizisi bulunur. BMC, iki tür analog hücre (A ve B) sağlar. Tip A hücreler, 12 npn ve 38 pnp yalıtımlı kollektör transistörü ve XNUMX çok kademeli difüzyon direncinden oluşur. B Tipi hücrelerde, dört NPN transistörü, iki pMOS transistörü ile değiştirilir. A ve B tipi periferik hücreler, dört güçlü npn transistör (B tipi hücrelerde - izole bir toplayıcı ile) ve iki bipolar transistör içerir. Dijital baz hücreler üç tiple temsil edilir - dört n-MOS transistörü, dört p-MOS transistörü ve tamamlayıcı bir çift bipolar transistör. Ek olarak, kristalin çevresinde, dört güçlü n-MOS ve p-MOS transistörünün yanı sıra Darlington devresine göre bağlı iki npn transistör içeren güçlü dijital hücreler bulunur. BMC için, BMC'ye dayalı cihaz tasarlama sürecini büyük ölçüde kolaylaştıran ve hızlandıran standart analog ve dijital eleman kitaplıkları geliştirilmiştir. Bu ve benzeri BMC'ler, kitaplıkta belirtilen bir dizi işlevsel birimin elde edilebildiği, bağlantısız elektrikli radyo elemanları (ERE) setleri içerir. Bu tür mikro devrelerin ana dezavantajı, bu setteki derecelendirmelerin belirli değerleri ve ERE'nin diğer özellikleri ile sınırlı olan çok dar bir kapsamdır. Bu set için geliştirilen ve önerilen fonksiyonel ünitelerin yetenekleri, mikro devre ile birlikte verilen kütüphanede verilmektedir.
2000 yılından bu yana, Lattice Semiconductor, sistem içi programlama ile ispPAC (Sistem İçi Programlanabilir Analog Devre) ailesinin programlanabilir analog entegre devrelerini (PAIS) üretmektedir. baskılı devre kartından çıkarma olmadan [2, 3]. 2000 yılının ortalarında, bu ailenin üç temsilcisi üretiliyordu: ispPAC-Yu (Şekil 1), ispPAC-20 (Şekil 2) ve ispPAC-80. PAC-Designer paketi kullanılarak yapılandırılan, modellenen ve programlanan 60'a kadar aktif ve pasif öğeyi entegre ederler. ispPAC PAIS şunları içerir: • matris konfigürasyonu sağlayan elektriksel olarak yeniden programlanabilir kalıcı belleğin (EEPROM) seri arayüz devreleri, kayıtları ve elemanları;
Bu seriye gömülü mimari, aşağıdakileri içeren temel hücrelere dayanmaktadır: enstrümantasyon amplifikatörü (IU); toplayıcı/entegratör şemasına göre uygulanan çıkış yükselticisi (VU); referans voltaj kaynağı 2,5 V (ION); Voltaj çıkışı ve çift karşılaştırıcı (CP) ile 8 bit DAC. Hücrelerin analog giriş ve çıkışları (ION hariç) işlenen sinyallerin dinamik aralığını artırmak için diferansiyel şemaya göre yapılır. İki DUT ve bir VU, DUT çıkışlarının VU'nun toplama girişlerine bağlandığı PAC bloğu adı verilen bir makro hücre oluşturur. ispPAC-10'da dört PAC bulunur ve ispPAC-20'de iki PAC bulunur. ispPAC-20 ayrıca DAC ve karşılaştırıcı hücreler içerir. Hücrede, DUT kazancı, 10'lik bir adımla -10 ila +1 aralığında ve VU'nun geri besleme devresinde, kapasitör kapasitansının değeri (128 olası değer) ve açık/ kapalı direnç. Bir dizi IC üreticisi, duruma göre geçiş yapan bir elektronik anahtar kullanarak frekans ayar devrelerinin kapasitansını değiştirmeyi içeren analog işlevleri programlamak için "anahtarlı kapasitör" teknolojisini kullanır.
Kafesin yaklaşımı, gücü kapatmadan sistemi yeniden yapılandırma sürecinde değiştirilebilen, zaman içinde sabit özelliklere sahip devrelerin kullanımına dayanmaktadır. Bu iyileştirme, birinci yöntemde gerekli olan ek sinyal işlemeyi ortadan kaldırdığı için önemlidir. Dahili yönlendirme araçları (Analog Yönlendirme Havuzu), mikro devrenin giriş pinlerini, makro hücrelerin giriş ve çıkışlarını, DAC çıkışını ve karşılaştırıcı girişlerini birbirine bağlamanızı sağlar. Birkaç makro hücreyi birleştirerek, bir entegratör bölümünün kullanımına dayalı olarak 10 ila 100 kHz frekans aralığında ayarlanabilir aktif filtrelerden oluşan devreler oluşturmak mümkündür. Kafes'in ispPAC'lerinin PAIS'e en yakın olduğu belirtilmelidir. Tek dezavantajı, yalnızca ayarlanabilir aktif filtrelerin değil, oldukça geniş çeşitlilikte analog sistemlerin tasarlanmasına izin verecek evrensel temel öğeler sisteminin olmamasıdır. Lattice Semiconductor'ın ispPAC'inin Altera ve Xilinx gibi şirketlerin FPGA'larının bir analogu olmasını engelleyen bu durumdur. Genel olarak, analog mikro devrelerin geliştirilmesi ve pratik uygulaması alanındaki durumu analiz ederek, bir dizi genelleme yapabiliriz: • endüstriyel olarak uygulanan analog mikro devrelerin çoğu, entegrasyon derecesi açısından LSI'ler olarak sınıflandırılamaz;
FPGA'ların ve MABIS'in tasarımı için tek bir temel Bununla birlikte, analog sistemlerin tasarımı için birleşik bir devre tasarımı temeli geliştirme görevinin, teorik olarak doğrulamaya ve ana hatlarıyla belirtilen fikirlerin pratik uygulaması için olası yönergeleri göstermeye çalışacağımız bir çözümü vardır. Her şeyden önce, küçük bir grup temel öğeyi ayırmaya izin verecek büyük bir analog elektronik sistemin matematiksel bir modeli seçilmelidir. Elektronik devrelerin analizi ve sentezi alanında, geçen yüzyılın altmışlı yıllarında tanınan lineer diferansiyel denklem sistemlerinin matematiksel aparatına pratikte hiçbir alternatif yoktur [4, 5]. Bununla birlikte, bu metodolojinin pratik toplu kullanımı fikrinin henüz tüm uzmanların zihnine hakim olmadığına dikkat edin. Diferansiyel denklem sistemi, elemanlardan, bunların bağlantılarından oluşur ve belirli bir yapı ile karakterize edilir. Diferansiyel denklemlerin temel temeli, geçen yüzyılın ilk yarısında "otomatik" bilim disiplini çerçevesinde incelenmiştir. Bu alanda, birleştirme gibi diferansiyel denklemlerin böyle bir avantajı ortaya çıktı: biçimleri açıklanan süreç modeline bağlı değil. Bununla birlikte, standart bir diferansiyel denklem yazma biçiminde, incelenen sistemdeki ilişkilerin doğası hakkında görsel bir bilgi yoktur. Bu nedenle, otomatik kontrol teorisinin gelişimi boyunca, diferansiyel denklem sistemlerinin yapısını çeşitli şemalar şeklinde görselleştirme yöntemleri geliştirilmiştir. Yirminci yüzyılın 60'lı yıllarının sonunda, dinamik sistem modellerinin yapısal organizasyonuna ilişkin modern bakış açısı tamamen oluşturuldu [6]. Sistemin matematiksel bir modelinin oluşumu, bağlantılara bölünmesi ve sonraki açıklamalarıyla başlar - ya analitik olarak bağlantının giriş ve çıkış değerleriyle ilgili denklemler şeklinde; veya grafiksel olarak özellikleri olan anımsatıcı diyagramlar şeklinde. Tek tek bağlantıların denklemlerine veya özelliklerine göre, bir bütün olarak sistemin denklemleri veya özellikleri derlenir. Tipik olarak tanımlanan dinamik sistemlerin bağlantıları
İşlevsel bir şema için sistem, gerçekleştirdikleri işlevlere dayalı olarak bağlantılara bölünürse, o zaman matematiksel bir açıklama için sistem, bir açıklama elde etme kolaylığına göre parçalanır. Bu nedenle, bağlantılar mümkün olduğunca basit (küçük) olmalıdır. Öte yandan, sistemi linklere bölerken, her bir linkin matematiksel açıklaması, diğer linklerle olan bağlantıları dikkate alınmadan derlenmelidir. Bu, bağlantıların bir hareket yönü varsa mümkündür - yani. eylemi girdiden çıktıya sadece bir yönde iletir. O zaman herhangi bir bağlantının durumundaki bir değişiklik, önceki bağlantının durumunu etkilemez. Bağlantıların hareket yönü koşulu karşılanırsa, tüm sistemin matematiksel açıklaması, aralarındaki bağlantı denklemleriyle desteklenen bağımsız bağlantıların bağımsız denklemleri sistemi şeklinde elde edilebilir. En yaygın (tipik), periyodik olmayan, salınımlı, bütünleştirici, farklılaştırıcı, sabit gecikmeli bağlantı [6] gibi bağlantılardır. Bir diferansiyel denklem sistemi biçimindeki modellerdeki temel bağlantılar sorunu, birkaç yazar tarafından incelenmiştir [7-9]. Analiz [10], konumlarının esas olarak tipik bağlantıların varlığı gerçeğini belirtmeye ve daha karmaşık yapıların oluşumundaki rollerini incelemeye indirgendiğini göstermektedir. Tipik bağlantılar grubuna seçim, herhangi bir kriter olmaksızın keyfi olarak yapılır. Tipik linkler listesine açıklama ve gerekçe olmaksızın farklı linkler dahil edilmiştir ve "basit" ve "temel" terimleri de tipik linkleri belirtmek için eşit olarak kullanılmaktadır (tabloya bakınız). Bu arada, dinamik sistemlerin çok sayıda "tipik" bağlantısının yapısal matrisler [10-12] yöntemleriyle incelenmesi, yalnızca üç bağlantının - orantılı, bütünleştirici ve farklılaştırıcı - yapısal matrislerinde matris döngüleri içermediğini göstermektedir. Bu nedenle, sadece temel olarak adlandırılabilirler. Diğer tüm bağlantılar, temel bağlantıların birleştirilmesiyle oluşturulur. Yani, eğer W transfer fonksiyonuna sahip bir orantısal bağlantıB(ler) = kB ve transfer fonksiyonu W ile ayırt edici bağlantıA(ler) = kANegatif geri besleme şemasına göre bağlanın (Şekil 3), ardından eşdeğer transfer fonksiyonu Böylece, zaman sabitlerinin değerlerine kadar olan sonuç, birinci dereceden periyodik olmayan bağlantının transfer fonksiyonu ile çakışmaktadır. Bu, bu bağlantının, orantısal ve farklılaştırıcı bağlantıların negatif geri beslemeli bir devreye göre bağlanmasıyla elde edilebileceği ve bu nedenle temel olarak kabul edilemeyeceği anlamına gelir.
Aynı şekilde, tabloda yer alan diğer bağlantıları da oluşturabilirsiniz. Salınım bağlantısının transfer fonksiyonuna özellikle dikkat edilmelidir (T2p2 + 2ξTp + 1)y = ku. Bu nedenle, sadece zaman sabitlerinde farklılık gösteren transfer fonksiyonlarına sahip iki periyodik olmayan bağlantıyı seri halinde bağlarsak, eşdeğer transfer fonksiyonu şu şekli alır: Böylece, zaman sabitlerinin değerlerine kadar olan sonuç, incelenen bağlantının transfer fonksiyonu ile örtüşmektedir. Bu nedenle, 2. mertebeden salınımlı, konservatif ve aperiyodik bağlantılar, birinci mertebeden bağlantılar seri olarak bağlanarak elde edilebilir. Bu, prensipte tipik olarak adlandırılmasına izin verilmesine rağmen, temel olarak kabul edilemeyecekleri anlamına gelir. Tablonun son sütununda verilen sonuçların analizi, aperiyodik, izodromik, zorlayıcı, türev atalet ve integral atalet gibi bağlantıların temel bağlantıların birleştirilmesiyle elde edilebileceği sonucuna varmamızı sağlar. Diğer tipik bağlantıların transfer fonksiyonlarının temel bağlantıların bağlanmasıyla elde edilebileceğini kanıtlamak için, üç, dört ve benzeri bağlantıların bağlantılarını tipik bağlantı şemalarına göre analiz etmek gerekir. Tipik birinci dereceden bağlantılar ile elemanter bağlantıların bağlantılarını düşünürsek aynı sonuç elde edilebilir. Böyle bir çalışmanın bir kısmı zaten yapılmıştır, sonuçları [10]'da sunulmuştur. Böylece, temel bağlantıları bağlayarak, tipik dinamik bağlantıların tüm transfer fonksiyonlarını elde etmenin oldukça basit olduğu kanıtlanmıştır. Sonuç olarak, keyfi dinamik sistemler, yalnızca üç temel bağlantının çarpma ve bağlantı operatörleri kullanılarak sentezlenebilir: orantılı, farklılaştırıcı ve tümleştirici. Bu sonuç, radyo elektronik devreleri de dahil olmak üzere herhangi bir düzende doğrusal dinamik sistemlerin inşası için gerekli temel temeli belirlediğinden, temel bir öneme sahiptir. Ve eğer dinamik sistemlerin, MABIS ve PAIS örneğinde olduğu gibi, sınırlı bir dinamik bağlantı aralığından inşa edilmesi gerekiyorsa, o zaman varılan sonuç özellikle önemlidir.
Yalnızca beş işlevsel birimden - bir çoklayıcı, bir toplayıcı, bir çarpan, bir entegratör ve bir ayırt edici - keyfi analog cihazları sentezlemek mümkün hale gelir (Şekil 4)! Şekilde gösterilenlere dikkat edin. 4 devre, fiilen çalışılmış devre çözümleri olarak alınmamalı, sadece fonksiyonel bir devredeki temel bağlantıların temel radyo-elektronik elemanlarla değiştirilmesi olasılığının bir gerekçesi olarak alınmalıdır. İşlevsel devrelerin temel bağlantılarını donanım karşılıklarıyla değiştirerek, belirtilen özelliklere sahip analog cihazlar tasarlamak mümkündür. Analog Cihaz Sentezi Örneği Diferansiyel denklemler sistemi tarafından verilen bir modele göre bir analog cihazın devre şemasını aşağıdaki formun Laplace dönüşümleri şeklinde sentezlemenin çok basit bir örneğini düşünün: x0 = gr, x1 =x0 - 2 kere2/s,x2 = 10x1/s,x3 =x2 - 10 kere4/s,x4 = 500x3/ S
Bu diferansiyel denklem sisteminin yapısal matrisini oluşturalım ve matris döngülerini oklarla vurgulayalım:
Sentezlenen devrenin simülasyon sonuçlarından (Şekil 6) verilen parametrelerle seri bağlı iki jeneratörü temsil ettiği görülebilir. Yani, yalnızca dört entegre bağlantıdan oluşan çok basit bir cihaz, düşük frekanslı bir salınımı yüksek frekanslı bir salınımla modüle etmek için nispeten karmaşık bir işlevi yerine getirir. MABIS ve PA-IS'yi tasarlarken ve üretirken, Şekil 4'de olduğu gibi işlemsel yükselteçlerde yapılan temel bağlantıların donanım analoglarının kullanılması kesinlikle gerekli değildir. 13, ancak bu temelde en iyi şekilde çalışılmış olmalarına rağmen [16-XNUMX]. Optoelektronik bileşenler üzerindeki temel bağlantıların donanım analoglarının uygulanması, başka seçenekler mümkün olsa da, en umut verici olanıdır.
Evrensel MABIS ve PAIS - mümkün Böylece, herhangi bir CEA'nın, diferansiyel denklem sistemlerinin ana operatörlerine karşılık gelen beş temel (en basit) bileşenini ayırmak mümkündür: çarpma, türev alma, entegrasyon, toplama ve çarpma (çoğullama). Analog elektronik cihazları tasarlama metodolojisi [10] varsayar: • birinci mertebeden n diferansiyel denklem sistemi (veya l'inci mertebeden bir diferansiyel denklem) şeklinde bir matematiksel model tasarlamak için ilk veri olarak kullanmak;
Önerilen yaklaşımın bir takım belirleyici avantajları vardır. Böylece, tasarlanan cihazın fonksiyonel diyagramı, otomatik hesaplamalar için sıralanabilen ve bir algoritmaya dönüştürülebilen standart matris dönüşümleri kullanılarak orijinal diferansiyel denklem sisteminden sentezlenir. Elektrik devre şeması, temel dinamik bağlantıların eşdeğer temel elemanlarla değiştirilmesiyle fonksiyonel şemadan sentezlenir. Bir cihazın CAD araçlarını kullanarak modellenmesi de bunu önemli ölçüde kolaylaştırabilir. Bu nedenle, temel bağlantılar kümesi sayısız olmadığından, evrensel MABIS ve PAIS tasarlamanın gerçek bir olasılığı vardır. Bu da, analog ve dijital-analog cihazların tasarımını büyük ölçüde basitleştirir ve genel olarak elektroniğin daha da geliştirilmesi için cazip beklentiler açar. Edebiyat 1. Alenin S., Ivanov V., Polevikov V., Trudnovskaya E. BIK MOS BMKtype N5515ХТ1'e dayalı özel analog-dijital cihazların uygulanması. - ChipNews, 2000, Sayı 2.
Yazar: G. Mishin; Yayın: cxem.net Diğer makalelere bakın bölüm Mikro devrelerin uygulanması. Oku ve yaz yararlı bu makaleye yapılan yorumlar. En son bilim ve teknoloji haberleri, yeni elektronikler: Bahçelerdeki çiçekleri inceltmek için makine
02.05.2024 Gelişmiş Kızılötesi Mikroskop
02.05.2024 Böcekler için hava tuzağı
01.05.2024
Diğer ilginç haberler: ▪ iPhone 6 robotlar tarafından monte edilecek ▪ Akıllı el bombası fırlatıcı XM25 ▪ Intel, 2010'da üç kapılı transistörlere geçecek Bilim ve teknolojinin haber akışı, yeni elektronik
Ücretsiz Teknik Kitaplığın ilginç malzemeleri: ▪ Sitenin amatör radyo ekipmanı siteleri bölümü. Makale seçimi ▪ makale Bugün hepimizin burada olması harika. Popüler ifade ▪ makale Ayrı beslenme faydalı mı? ayrıntılı cevap ▪ makale Rezonans frekans ölçer. Radyo elektroniği ve elektrik mühendisliği ansiklopedisi ▪ Elektrikli tiyatro makalesi. fiziksel deney
Bu makaleye yorumunuzu bırakın: Bu sayfanın tüm dilleri Ana sayfa | Kütüphane | Makaleler | Site haritası | Site incelemeleri www.diagram.com.ua |