Аналоговая матрица, программируемая на месте
Интегрированное устройство, содержащее настраиваемые аналоговые блоки и соединения между этими блоками

Программируемая на месте аналоговая матрица ( FPAA ) — это интегральное устройство , содержащее вычислительные аналоговые блоки (CAB) [1] [2] и межсоединения между этими блоками, предлагающие возможность программирования на месте . В отличие от своего цифрового кузена, FPGA , эти устройства, как правило, больше ориентированы на применение, чем на общее назначение, поскольку они могут быть устройствами с токовым или вольтовым режимом. Для устройств с вольтовым режимом каждый блок обычно содержит операционный усилитель в сочетании с программируемой конфигурацией пассивных компонентов. Блоки могут, например, действовать как сумматоры или интеграторы .

FPAA обычно работают в одном из двух режимов: непрерывном и дискретном .

  • Устройства с дискретным временем обладают системным тактовым генератором выборки . В конструкции с коммутируемым конденсатором все блоки производят выборку своих входных сигналов с помощью схемы выборки и хранения, состоящей из полупроводникового переключателя и конденсатора. Это питает программируемую секцию операционного усилителя , которая может быть направлена ​​на ряд других блоков. Такая конструкция требует более сложной конструкции полупроводника . Альтернативная конструкция с коммутируемым током предлагает более простую конструкцию и не требует входного конденсатора, но может быть менее точной и имеет более низкое разветвление - она ​​может управлять только одним следующим блоком. Оба типа устройств с дискретным временем должны компенсировать шум переключения, наложение спектров на частоте дискретизации системы и полосу пропускания, ограниченную частотой дискретизации, на этапе проектирования.
  • Устройства непрерывного действия работают скорее как массив транзисторов или операционных усилителей, которые могут работать на полной полосе пропускания . Компоненты соединены в определенном порядке через настраиваемый массив переключателей. При проектировании схемы необходимо учитывать паразитную индуктивность, емкость и шумовые вклады матрицы переключателей .

В настоящее время существует очень мало производителей FPAA. Ресурсы на чипе все еще очень ограничены по сравнению с ресурсами FPGA. Этот дефицит ресурсов часто упоминается исследователями как ограничивающий фактор в их исследованиях.

История

В ЛЯПУНОВ-1 используется сетка 4х8 микросхем FPAA.

Термин FPAA впервые был использован в 1991 году Ли и Гулаком. [3] Они выдвинули концепцию CAB, которые соединены через сеть маршрутизации и настраиваются в цифровом виде. Впоследствии, в 1992 [ требуется цитата ] и 1995 [4] они дополнительно разработали концепцию, включив операционные усилители, конденсаторы и резисторы. Этот оригинальный чип был изготовлен с использованием 1,2 мкм КМОП-технологии и работает в диапазоне 20 кГц при потребляемой мощности 80 мВт.

Pierzchala et al представили похожую концепцию, названную электронно-программируемой аналоговой схемой ( EPAC ). [5] Она включала только один интегратор. Однако они предложили локальную архитектуру соединений , чтобы попытаться избежать ограничений полосы пропускания.

Реконфигурируемый аналоговый сигнальный процессор ( RASP ) и вторая версия были представлены в 2002 году Холлом и др. [6] [7] Их конструкция включала в себя высокоуровневые элементы, такие как полосовые фильтры второго порядка и векторные матричные умножители 4 на 4 в CAB. Из-за своей архитектуры он ограничен примерно 100 кГц, а сам чип не может поддерживать независимую реконфигурацию.

В 2004 году Иоахим Беккер взял на вооружение идею параллельного соединения ОТА (операционных усилителей транскондуктивности) и предложил использовать ее в гексагональной локальной архитектуре межсоединений. [8] Она не требовала маршрутной сети и исключала переключение пути сигнала, что улучшало частотную характеристику.

В 2005 году Фабиан Хенрици совместно с Иоахимом Беккером разработали переключаемый и инвертируемый OTA, который удвоил максимальную пропускную способность FPAA. [9] Результатом этого сотрудничества стал первый изготовленный FPAA с использованием технологии CMOS 0,13 мкм .

В 2016 году доктор Дженнифер Хаслер из Технологического института Джорджии разработала систему FPAA на чипе, которая использует аналоговую технологию для достижения беспрецедентного сокращения мощности и размера. [10]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Холл, Тайсон; Твигг, Кристофер; Хасслер, Пол; Андерсон, Дэвид (2004). "Прикладные характеристики элементов в плавающем затворе FPAA". 2004 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (IEEE Cat. No.04CH37512) . стр.  589–592 . doi :10.1109/ISCAS.2004.1329340. ISBN 0-7803-8251-X. S2CID  17212868.
  2. ^ Baskaya, F.; Reddy, S.; Sung, Kyu Lim; Anderson, DV (август 2006 г.). «Размещение крупномасштабных плавающих программируемых аналоговых массивов». Труды IEEE по системам сверхбольшой интеграции (VLSI) . 14 (8): 906– 910. doi :10.1109/TVLSI.2006.878477. S2CID  16583629.
  3. ^ EKF Lee; PG Gulak (декабрь 1991 г.). "A CMOS Field-programmable analog array". IEEE Journal of Solid-State Circuits . 26 (12): 1860– 1867. Bibcode :1991IJSSC..26.1860L. doi :10.1109/4.104162. S2CID  5323561.
  4. ^ Ли, EKF; Гулак, PG (1995). "Программируемая полем аналоговая решетка на основе транспроводника". Труды ISSCC '95 - Международная конференция по твердотельным схемам . С.  198– 199. doi :10.1109/ISSCC.1995.535521. ISBN 0-7803-2495-1. S2CID  56613166.
  5. ^ Pierzchala, E.; Perkowski, MA; Van Halen, P.; Schaumann, R. (1995). "Усилитель тока/интегратор для программируемой аналоговой матрицы". Труды ISSCC '95 - Международная конференция по твердотельным схемам . С.  196– 197. doi :10.1109/ISSCC.1995.535520. ISBN 0-7803-2495-1. S2CID  60724962.
  6. ^ Холл, Тайсон С.; Хаслер, Пол; Андерсон, Дэвид В. (2002). "Программируемые полем аналоговые массивы: подход с плавающим затвором". Программируемые полем аналоговые массивы: подход с плавающим затвором. Lecture Notes in Computer Science. Vol. 2438. pp.  424– 433. doi :10.1007/3-540-46117-5_45. hdl :1853/5071. ISBN 978-3-540-44108-3. S2CID  596774.
  7. ^ Холл, ТС; Твигг, СМ; Грей, Дж. Д.; Хаслер, П.; Андерсон, Д. В. (2005). «Крупномасштабные программируемые аналоговые массивы для обработки аналоговых сигналов». Труды IEEE по схемам и системам I: Регулярные статьи . 52 (11): 2298– 2307. doi :10.1109/TCSI.2005.853401. S2CID  1148361.
  8. ^ "Непрерывно программируемая аналоговая матрица (FPAA), состоящая из цифрово реконфигурируемых ячеек ГМ". CiteSeerX 10.1.1.444.8748 . [ требуется разъяснение ]
  9. ^ "Непрерывная гексагональная программируемая аналоговая матрица в 0,13 мкм КМОП с GBW 186 МГц". CiteSeerX 10.1.1.444.8748 . [ требуется разъяснение ]
  10. ^ Suma George; Sihwan Kim; Sahil Shah; Jennifer Hasler; Michelle Collins; Farhan Adil; Richard Wunderlich; Stephen Nease; Shubha Ramakrishnan (июнь 2016 г.). «Программируемая и настраиваемая смешанная система FPAA SoC». IEEE Transactions on Very Large Scale Integration (VLSI) Systems . 24 (6): 2253– 2261. doi :10.1109/TVLSI.2015.2504119. S2CID  14027246.
  • «Аналоговый ответ на ПЛИС открывает широкие возможности» Санни Бэйнс, EE Times , 21 февраля 2008 г. Выпуск 1510.
  • «Программируемые аналоговые массивы» Тим Эдвардс, проект Университета Джонса Хопкинса , 1999 г.
  • «Программируемые в полевых условиях аналоговые массивы» Иоахим Беккер и др., Фрайбургский университет , кафедра микросистемной инженерии. Исследовательский проект Hex FPAA.
  • [1] Программируемые аналоговые массивы (FPAA) от Anadigm
  • «Лаборатория интегрированной вычислительной электроники (ICE)» Проект Технологического института Джорджии
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Программируемый_аналоговый_массив&oldid=1266465083"