Ein Vortrag von Kamal Laghmari im Fach: Technische Informatik

Transkript

1 Vortrag über FPAA`s Ein Vortrag von im Fach: Technische Informatik

2 Inhalt o Einführung in FPAA`s o Funktionsweise o Architektur o Switched Capacity (SC) o Entwicklungsmethoden o Anwendungsgebiete oausblick

3 Einführung in FPAA`s owas ist ein FPAA? o Field ProgrammableAnalog Array = Feld Programmierbarer Analog Baustein o Analoges Gegenstück zum FPGA o Gefertigt in CMOS-Technologie o Beinhaltet Operationsverstärker, programmierbare Schalter und geschaltete Kapazitäten (SC) o Im Vergleich zum ASIC kein festes Verhalten

4 Einführung in FPAA`s owas ist ein FPAA? o Kann jederzeit neu konfiguriert werden, dadurch Verwendung in unterschiedlichen Schaltungen für verschiedene Funktionen o Neuste Generationen lassen sich dynamisch konfigurieren, d.h. keine Unterbrechung des Eingangssignal o Durch Umfangreiche Software-Tools können komplexe Filterschaltungen entwickelt, simuliert und in den FPAA übertragen werden o Dadurch kein Aufstecken oder Verlöten der Schaltung

5 Funktionsweise Architektur o Prinzipielle Architektur eines FPAA o Ein FPAA beinhaltet eine Matrix-Förmige Anordnung von 4 bis 20 CAB`s o CAB = engl. configurable analog blocks; Analoge Grundzellen o CAB`s beinhalten in der Regel: o Mindestens einen Operationsverstärker o Konfigurierbare Kapazitäten und Widerstände o Konfigurierbare Leitungen und Schalter o Speicher für die Konfigurationsdaten; SRAM oein-/ausgänge

6 Funktionsweise Architektur o Prinzipielle Architektur eines FPAA Aufbau eines AN10E40 von Anadigm CAB eines AN10E40 von Anadigm

7 Funktionsweise Architektur o Prinzipielle Architektur eines FPAA o CAB`s eingebettet in Gitter konfigurierbarer Verbindungsleitungen o Verbindung der CAB`smit der Umwelt mittels I/O-Zellen, I/O-Zellen können unidirektional oder bideriktional ausgeführt sein o Zwischen CAB s lokale und globale Verbindungen

8 Funktionsweise Architektur o Prinzipielle Architektur eines FPAA o Benachbarte Zellen lokale Verbindung o Weiter entfernte Zellen globale Verbindung o Um die Matrix der CAB s I/O-Puffer angeordnet o Matrix enthält ebenso Konfigurationslogik und Konfigurationsspeicher (Schieberegister) o Konfigurationsdaten durch Konfigurationsspeicher in den CAB o Konfigurierbare Widerstände werden mittels switched capacitor ausgeführt, dadurch Einsparung von Chipfläche

9 Funktionsweise Switched Capacity o Funktionsweise der Switched Capacity o Switched Capacity = geschaltete Kapazitäten o Realisierung von Widerständen durch geschaltet Kapazitäten o Modell zur Veranschaulichung der Funktionsweise (parasitäre Effekte bleiben unberücksichtigt): konventionelle Schaltung mit Widerstand Schaltung mit SC

10 Funktionsweise Switched Capacity o Funktionsweise der Switched Capacity o Kondensator wird mit hoher Frequenz von einem Pol zum anderen geschaltet o Der Kondensator lädt und entlädt sich in Abhängigkeit der Schaltfrequenz, der Signalspannung und der Kapazität o Durch die Ladungsverschiebung fließt ein Strom von einem Pol zum anderen, dadurch nahezu gleiche Funktion wie ein Widerstand

11 Funktionsweise Switched Capacity o Funktionsweise der Switched Capacity ovorteil: o Hohe Flexibilität und Stabilität, geringer Platzbedarf onachteil: ogeringe Bandbreite und parasitäre Effekte in Abhängigkeit der Schaltfrequenz (Begrenzung der Schaltfrequenz auf einige khz)

12 o Alternativen für die SC o Einheitswiderstände und kapazitäten (teilweise fest verdrahtet) ovorteile: Funktionsweise Switched Capacity o Hohe Bandbreite, Verringerung der Artefakte o Nachteile: o Geringe Flexibilität, höherer Platzbedarf

13 Entwicklungsmethoden o Programmierung o Herstellerspezifisches Protokoll, abhängig von der Architektur o Anbieter von FPAA s liefert Designsoftware o Auswahl der Schaltungsblöcke aus der Bibliothek und Platzierung auf der Designsoftware o Verdrahtung erfolgt mit der Maus o Nach Entwicklung und Simulation, erzeugt die Designsoftware ein Bitstrom, welcher per RS232 auf das FPAA geladen wird

14 Entwicklungsmethoden o Beispiel anhand eines Anadigm AN220E04 o Kenndaten: o Dynamisch Konfigurierbar o 2x2 Matrix von CAB o Pro CAB ein Shadow-RAM und ein RAM o Pro CAB zwei OP, ein Komparator, acht geschaltete Kapazitäten o Jede Kapazität ist eine Bank aus 8 fein konfigurierbaren Kapazitäten o Designsoftware: AnadigmDesigner

15 Entwicklungsmethoden Gehäuse eines AN220E04 Designsoftware AnadigmDesigner

16 Anwendungsgebiete o Anwendungsgebiete: o Nur mit OP: overstärker, Addierer, Subtrahierer, Multipliziererund Dividierer o Mit OP, Widerständen und Kondensatoren: ointegrierer, Differenzierer, Filter (Hochpass, Tiefpass, Bandpass), ebenso Signalkonditionierer

17 Ausblick oausblick: o Wenig Anerkennung in der Industrie, jedoch große Vorteile analoge Signalverarbeitung, Reprogrammierbarkeit o Größtes Problem der FPAA sist die geringe Bandbreite (einige khz, MHz-Bereich jedoch erforderlich) o Wünschenswert wären FPAA, welche mit hochfrequenten Signalen arbeiten können, dadurch alternative zu ASIC s, da wartungsfreundlicher durch dynamische Konfiguration

18 Quellen o 1. Wikipedia. Field Programmable Analog Array [ o 2. Prof. Dr.-Ing. T. Harriehausen. Dokumentation der aktuellen FPAA-Technologien [ o 3. Dr.-Ing. J. Becker. Field Programmable Analog Arrays [ rekonfigurierbare-schaltungen/fpaa.html

19 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!