Программируемая пользователем аналоговая матрица
Программируемая аналоговая матрица ( FPAA ) — это устройство на интегральной схеме, содержащее вычислительные аналоговые блоки (CAB). [1] [2] и межсоединения между этими блоками, обеспечивающие возможность программирования на месте . В отличие от своего цифрового родственника, FPGA , устройства, как правило, больше ориентированы на приложения, чем на общее назначение, поскольку они могут работать в режиме тока или в режиме напряжения. Для устройств с режимом напряжения 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 дискретного времени имеют системный тактовый сигнал . В конструкции с переключаемым конденсатором все блоки дискретизируют свои входные сигналы с помощью схемы выборки и хранения, состоящей из полупроводникового переключателя и конденсатора. Он подает питание на программируемую секцию операционного усилителя , которую можно направить на ряд других блоков. Эта конструкция требует более сложной полупроводниковой конструкции. Альтернативная конструкция с коммутируемым током предлагает более простую конструкцию и не требует входного конденсатора, но может быть менее точной и имеет меньшее 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 ограниченную полосу пропускания частоты дискретизации на этапе проектирования.
- Устройства непрерывного действия работают скорее как массив транзисторов или операционных усилителей, которые могут работать на полной полосе пропускания . Компоненты соединяются определенным образом через настраиваемый массив переключателей. При проектировании схемы матрицы переключателя . паразитную индуктивность, емкость и шум необходимо учитывать
В настоящее время производителей FPAA очень мало. Ресурсы внутри кристалла по-прежнему очень ограничены по сравнению с ресурсами FPGA . Этот дефицит ресурсов часто упоминается исследователями как ограничивающий фактор в их исследованиях.
История
[ редактировать ]
Термин FPAA впервые был использован в 1991 году Ли и Гулаком. [3] Они выдвинули концепцию CAB, которые подключаются через сеть маршрутизации и конфигурируются в цифровом виде. Впоследствии, в 1992 г. [ нужна ссылка ] и 1995 год [4] они доработали концепцию, включив в нее операционные усилители, конденсаторы и резисторы. Этот оригинальный чип изготовлен по технологии КМОП 1,2 мкм и работает в диапазоне 20 кГц при потребляемой мощности 80 мВт.
Пьерчала и др. представили аналогичную концепцию, названную электронно-программируемой аналоговой схемой ( EPAC ). [5] В нем был только один интегратор. Однако они предложили локальную архитектуру межсоединений , чтобы попытаться избежать ограничений пропускной способности.
Реконфигурируемый процессор аналоговых сигналов ( RASP ) и его вторая версия были представлены в 2002 году Холлом и др. [6] [7] элементы высокого уровня, такие как полосовые фильтры Их конструкция включала в CAB второго порядка и векторно-матричные умножители 4 на 4. Из-за своей архитектуры она ограничена примерно 100 кГц, а сам чип не способен поддерживать независимую реконфигурацию.
В 2004 году Йоахим Беккер выбрал параллельное соединение OTA (операционных усилителей крутизны) и предложил его использование в шестиугольной архитектуре локальных межсоединений. [8] Он не требовал сети маршрутизации и исключал переключение пути прохождения сигнала, что улучшало частотную характеристику.
В 2005 году Фабиан Хенрици работал с Йоахимом Беккером над разработкой переключаемого и обратимого OTA, который удвоил максимальную пропускную способность FPAA. [9] Результатом этого сотрудничества стала первая изготовленная FPAA с использованием технологии 0,13 мкм КМОП- .
В 2016 году доктор Дженнифер Хаслер из Технологического института Джорджии разработала систему FPAA на чипе, которая использует аналоговую технологию для достижения беспрецедентного снижения мощности и размера. [10]
См. также
[ редактировать ]- Программируемые пользователем радиочастотные устройства - программируемые радиочастотные устройства.
- CPLD : сложное программируемое логическое устройство.
- PSoC : программируемая система на кристалле
- NoC : Сеть на чипе
- Сетевая архитектура
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Холл, Тайсон; Твигг, Кристофер; Хасслер, Пол; Андерсон, Дэвид (2004). «Применение элементов в FPAA с плавающим затвором». 2004 Международный симпозиум IEEE по схемам и системам (IEEE Cat. No.04CH37512) . стр. 589–592. дои : 10.1109/ISCAS.2004.1329340 . ISBN 0-7803-8251-Х . S2CID 17212868 .
- ^ Баская, Ф.; Редди, С.; Сун, Кю Лим; Андерсон, Д.В. (август 2006 г.). «Размещение крупногабаритных программируемых аналоговых матриц с плавающим затвором» . Транзакции IEEE в системах очень большой интеграции (VLSI) . 14 (8): 906–910. дои : 10.1109/TVLSI.2006.878477 . S2CID 16583629 .
- ^ ЭКФ Ли; П.Г. Гулак (декабрь 1991 г.). «Программируемая пользователем аналоговая матрица КМОП». Журнал IEEE твердотельных схем . 26 (12): 1860–1867. Бибкод : 1991IJSSC..26.1860L . дои : 10.1109/4.104162 . S2CID 5323561 .
- ^ Ли, EKF; Гулак, П.Г. (1995). «Программируемая пользователем аналоговая матрица на основе транспроводника». Труды ISSCC '95 - Международная конференция по твердотельным схемам . стр. 198–199. дои : 10.1109/ISSCC.1995.535521 . ISBN 0-7803-2495-1 . S2CID 56613166 .
- ^ Пьерчала, Э.; Перковский, Массачусетс; Ван Хален, П.; Шауманн, Р. (1995). «Усилитель тока/интегратор для программируемой аналоговой матрицы». Труды ISSCC '95 - Международная конференция по твердотельным схемам . стр. 196–197. дои : 10.1109/ISSCC.1995.535520 . ISBN 0-7803-2495-1 . S2CID 60724962 .
- ^ Холл, Тайсон С.; Хаслер, Пол; Андерсон, Дэвид В. (2002). «Программируемые пользователем аналоговые массивы: подход с плавающим затвором». Программируемые пользователем аналоговые матрицы: подход с плавающим затвором . Конспекты лекций по информатике. Том. 2438. стр. 424–433. дои : 10.1007/3-540-46117-5_45 . hdl : 1853/5071 . ISBN 978-3-540-44108-3 . S2CID 596774 .
- ^ Холл, ТС; Твигг, CM; Грей, Джей Ди; Хаслер, П.; Андерсон, Д.В. (2005). «Крупномасштабные программируемые аналоговые массивы для обработки аналоговых сигналов». Транзакции IEEE в схемах и системах I: Регулярные статьи . 52 (11): 2298–2307. дои : 10.1109/TCSI.2005.853401 . S2CID 1148361 .
- ^ «Программируемая аналоговая матрица непрерывного времени (FPAA), состоящая из GM-ячеек с цифровой реконфигурацией». CiteSeerX 10.1.1.444.8748 . [ нужны разъяснения ]
- ^ «Шестиугольная программируемая пользователем аналоговая матрица непрерывного времени в КМОП 0,13 мкм с полосой пропускания 186 МГц». CiteSeerX 10.1.1.444.8748 . [ нужны разъяснения ]
- ^ Сума Джордж; Сихван Ким; Сахил Шах; Дженнифер Хаслер; Мишель Коллинз; Фархан Адиль; Ричард Вундерлих; Стивен Низ; Шубха Рамакришнан (июнь 2016 г.). «Программируемая и настраиваемая SoC FPAA смешанного режима». Транзакции IEEE в системах очень большой интеграции (VLSI) . 24 (6): 2253–2261. дои : 10.1109/TVLSI.2015.2504119 . S2CID 14027246 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- «Аналоговый ответ на FPGA открывает поле для масс» Санни Бэйнс, EE Times , 21 февраля 2008 г. Выпуск 1510.
- «Программируемые пользователем аналоговые массивы» Тим Эдвардс, проект Университета Джона Хопкинса , 1999 г.
- «Программируемые пользователем аналоговые массивы» Иоахим Беккер и др., Фрайбургский университет , факультет микросистемной инженерии. Исследовательский проект Hex FPAA.
- [1] Программируемые аналоговые массивы (FPAA) от Anadigm.
- «Лаборатория интегрированной вычислительной электроники (ICE)» Технологического института Джорджии Проект