Programowalna tablica analogowa

Programowalna przez użytkownika tablica analogowa ( FPAA ) to układ scalony zawierający obliczeniowe bloki analogowe (CAB) i połączenia między tymi blokami, które umożliwiają programowanie w terenie . W przeciwieństwie do swojego cyfrowego kuzyna, FPGA , urządzenia te są bardziej zorientowane na aplikacje niż do ogólnego przeznaczenia, ponieważ mogą pracować w trybie prądowym lub napięciowym. W przypadku urządzeń pracujących w trybie napięciowym każdy blok zawiera zwykle wzmacniacz operacyjny w połączeniu z programowalną konfiguracją elementów pasywnych. Bloki mogą na przykład pełnić rolę letnisków lub integratorów .

FPAA zwykle działają w jednym z dwóch trybów: czasu ciągłego i czasu dyskretnego .

Urządzenia czasu dyskretnego posiadają systemowy przykładowy zegar . W z przełączanymi kondensatorami wszystkie bloki próbkują swoje sygnały wejściowe za pomocą obwodu próbkującego i podtrzymującego , składającego się z przełącznika półprzewodnikowego i kondensatora. To zasila programowalną wzmacniacza operacyjnego , którą można skierować do wielu innych bloków. Ten projekt wymaga bardziej złożonej konstrukcji półprzewodnikowej . Alternatywna konstrukcja z przełączanym prądem oferuje prostszą konstrukcję i nie wymaga kondensatora wejściowego, ale może być mniej dokładna i ma mniejsze rozwarcie - może napędzać tylko jeden kolejny blok. Oba typy urządzeń z czasem dyskretnym muszą kompensować szum przełączania, aliasing przy częstotliwości próbkowania systemu i przepustowość ograniczoną częstotliwością próbkowania w fazie projektowania.
Urządzenia pracujące w czasie ciągłym działają bardziej jak szereg tranzystorów lub wzmacniaczy operacyjnych, które mogą działać z pełną przepustowością . Komponenty są połączone w określony sposób za pomocą konfigurowalnego układu przełączników. Podczas projektowania obwodów należy wziąć pod uwagę pasożytniczą indukcyjność matrycy przełączającej , pojemność i udział szumów .

Obecnie istnieje bardzo niewielu producentów FPAA. Zasoby na chipie są nadal bardzo ograniczone w porównaniu z zasobami FPGA . Ten deficyt zasobów jest często wymieniany przez badaczy jako czynnik ograniczający ich badania.

Historia

LYAPUNOV-1 wykorzystuje siatkę 4x8 chipów FPAA.

Termin FPAA został po raz pierwszy użyty w 1991 roku przez Lee i Gulaka. Przedstawili koncepcję CAB, które są połączone za pośrednictwem sieci routingu i skonfigurowane cyfrowo. Następnie, w latach 1992 i 1995, udoskonalili tę koncepcję, włączając wzmacniacze operacyjne, kondensatory i rezystory. Ten oryginalny chip został wyprodukowany w technologii 1,2 µm CMOS i działa w zakresie 20 kHz przy poborze mocy 80 mW.

Pierzchala i wsp. wprowadzili podobną koncepcję nazwaną elektronicznie programowalnym obwodem analogowym ( EPAC ). Zawierał tylko jeden integrator. Zaproponowali jednak lokalną architekturę połączeń międzysieciowych , aby spróbować uniknąć ograniczeń przepustowości.

Rekonfigurowalny analogowy procesor sygnałowy ( RASP ) i jego druga wersja zostały wprowadzone w 2002 roku przez Halla i in. Ich projekt obejmował elementy wysokiego poziomu, takie jak filtry pasmowoprzepustowe drugiego rzędu i mnożniki macierzy wektorów 4 na 4 w CAB. Ze względu na swoją architekturę jest on ograniczony do około 100 kHz, a sam układ nie jest w stanie obsłużyć samodzielnej rekonfiguracji.

W 2004 roku Joachim Becker odkrył równoległe połączenie OTA (operacyjnych wzmacniaczy transkonduktancyjnych) i zaproponował jego zastosowanie w heksagonalnej architekturze połączeń lokalnych. Nie wymagało to sieci routingu i wyeliminowało przełączanie ścieżki sygnału, które poprawia odpowiedź częstotliwościową.

W 2005 roku Fabian Henrici współpracował z Joachimem Beckerem nad opracowaniem przełączalnej i odwracalnej tuby optycznej, która podwoiła maksymalną przepustowość FPAA. Ta współpraca zaowocowała pierwszym wyprodukowanym FPAA w 0,13 µm CMOS .

W 2016 roku dr Jennifer Hasler z Georgia Tech zaprojektowała system FPAA na chipie, który wykorzystuje technologię analogową, aby osiągnąć bezprecedensową redukcję mocy i rozmiaru.

Zobacz też

Programowalne przez użytkownika RF — programowalne przez użytkownika urządzenia o częstotliwości radiowej
CPLD : złożone programowalne urządzenie logiczne
PSoC : Programowalny system na chipie
NoC : Sieć na chipie
Architektura sieci

Bibliografia _ Twigg, Christopher; Hassler, Paweł; Anderson, David (2004). „WYDAJNOŚĆ APLIKACJI ELEMENTÓW W FPAA PŁYWAJĄCEJ BRAMKI”. IEEE-Iscas 2004 . II : 589–592.
Bibliografia _ Reddy, S.; Sung, Kyu Lim; Anderson, DV (sierpień 2006). „Umiejscowienie dla wielkoskalowych tablic analogowych z bramką zmiennoprzecinkową, programowalnych przez użytkownika” . Transakcje IEEE w systemach VLSI . 14 (8): 906–910. doi : 10.1109/TVLSI.2006.878477 . S2CID 16583629 .
Bibliografia _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
^ „Programowalna przez użytkownika tablica analogowa oparta na transprzewodnikach MOSFET” . S2CID 15702616 . {{ cite journal }} : Cite journal wymaga |journal= ( pomoc )
Bibliografia _ Gulak, PG (1995). „Programowalna tablica analogowa oparta na transprzewodnikach”. Programowalna tablica analogowa oparta na transprzewodnikach . s. 198–199. doi : 10.1109/ISSCC.1995.535521 . ISBN 0-7803-2495-1 . S2CID 56613166 .
^ Pierzchała, E.; mgr Perkowski; Van Halen, P.; Schaumann, R. (1995). „Wzmacniacz / integrator trybu prądowego dla tablicy analogowej programowalnej przez użytkownika”. Wzmacniacz/integrator trybu prądowego do programowalnej tablicy analogowej . s. 196–197. doi : 10.1109/ISSCC.1995.535520 . ISBN 0-7803-2495-1 . S2CID 60724962 .
Bibliografia _ Hasler, Paweł; Anderson, David V. (2002). „Tablice analogowe programowalne przez użytkownika: podejście pływające - bramka” . Tablice analogowe programowalne przez użytkownika: podejście z pływającą bramką . Notatki z wykładów z informatyki. Tom. 2438. s. 424–433. doi : 10.1007/3-540-46117-5_45 . hdl : 1853/5071 . ISBN 978-3-540-44108-3 . S2CID 596774 .
Bibliografia _ Twigg, CM; Szary, JD; Hasler, P.; Anderson, DV (2005). „Programowalne tablice analogowe na dużą skalę do przetwarzania sygnałów analogowych”. IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers . 52 (11): 2298–2307. doi : 10.1109/TCSI.2005.853401 . S2CID 1148361 .
^ "., Programowalna tablica analogowa programowalna w czasie ciągłym (FPAA) składająca się z cyfrowo rekonfigurowalnych komórek GM". CiteSeerX 10.1.1.444.8748 . {{ cite journal }} : Cite journal wymaga |journal= ( pomoc )
^ „Ciągła sześciokątna tablica analogowa programowalna przez użytkownika w 0,13 µm CMOS z 186 MHz GBW” . CiteSeerX 10.1.1.444.8748 . {{ cite journal }} : Cite journal wymaga |journal= ( pomoc )
^ „Programowalny i konfigurowalny FPAA SoC w trybie mieszanym, Jennifer Hasler i in., Georgia Tech., 7 stycznia 2016” . doi : 10.1109/TVLSI.2015.2504119 . S2CID 14027246 . {{ cite journal }} : Cite journal wymaga |journal= ( pomoc )

Linki zewnętrzne

„Analog's Answer to FPGA otwiera pole do mas” Sunny Bains, EE Times , 21 lutego 2008. Wydanie 1510.
„Programowalne tablice analogowe” Tim Edwards, projekt Johns Hopkins University , 1999.
„Programowalne przez użytkownika tablice analogowe” Joachim Becker i in., Uniwersytet we Freiburgu , Wydział Inżynierii Mikrosystemów. Projekt badawczy Hex FPAA.
[1] Programowalne przez użytkownika tablice analogowe (FPAA) firmy Anadigm
„Laboratorium zintegrowanej elektroniki obliczeniowej (ICE)” Georgia Institute of Technology Project

[1] Bibliografia _ Twigg, Christopher; Hassler, Paweł; Anderson, David (2004). „WYDAJNOŚĆ APLIKACJI ELEMENTÓW W FPAA PŁYWAJĄCEJ BRAMKI”. IEEE-Iscas 2004 . II : 589–592.

[2] Bibliografia _ Reddy, S.; Sung, Kyu Lim; Anderson, DV (sierpień 2006). „Umiejscowienie dla wielkoskalowych tablic analogowych z bramką zmiennoprzecinkową, programowalnych przez użytkownika” . Transakcje IEEE w systemach VLSI . 14 (8): 906–910. doi : 10.1109/TVLSI.2006.878477 . S2CID 16583629 .

[1_Lee_and_Gulak-3] Bibliografia _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

[2_Lee_and_Gulak-4] „Programowalna przez użytkownika tablica analogowa oparta na transprzewodnikach MOSFET” . S2CID 15702616 . {{ cite journal }} : Cite journal wymaga |journal= ( pomoc )

[3_Lee_and_Gulak-5] Bibliografia _ Gulak, PG (1995). „Programowalna tablica analogowa oparta na transprzewodnikach”. Programowalna tablica analogowa oparta na transprzewodnikach . s. 198–199. doi : 10.1109/ISSCC.1995.535521 . ISBN 0-7803-2495-1 . S2CID 56613166 .

[4_Pierzchala-6] Pierzchała, E.; mgr Perkowski; Van Halen, P.; Schaumann, R. (1995). „Wzmacniacz / integrator trybu prądowego dla tablicy analogowej programowalnej przez użytkownika”. Wzmacniacz/integrator trybu prądowego do programowalnej tablicy analogowej . s. 196–197. doi : 10.1109/ISSCC.1995.535520 . ISBN 0-7803-2495-1 . S2CID 60724962 .

[6_Hall-7] Bibliografia _ Hasler, Paweł; Anderson, David V. (2002). „Tablice analogowe programowalne przez użytkownika: podejście pływające - bramka” . Tablice analogowe programowalne przez użytkownika: podejście z pływającą bramką . Notatki z wykładów z informatyki. Tom. 2438. s. 424–433. doi : 10.1007/3-540-46117-5_45 . hdl : 1853/5071 . ISBN 978-3-540-44108-3 . S2CID 596774 .

[7_Hall-8] Bibliografia _ Twigg, CM; Szary, JD; Hasler, P.; Anderson, DV (2005). „Programowalne tablice analogowe na dużą skalę do przetwarzania sygnałów analogowych”. IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers . 52 (11): 2298–2307. doi : 10.1109/TCSI.2005.853401 . S2CID 1148361 .

[8_Becker-9] "., Programowalna tablica analogowa programowalna w czasie ciągłym (FPAA) składająca się z cyfrowo rekonfigurowalnych komórek GM". CiteSeerX 10.1.1.444.8748 . {{ cite journal }} : Cite journal wymaga |journal= ( pomoc )

[9_Becker-10] „Ciągła sześciokątna tablica analogowa programowalna przez użytkownika w 0,13 µm CMOS z 186 MHz GBW” . CiteSeerX 10.1.1.444.8748 . {{ cite journal }} : Cite journal wymaga |journal= ( pomoc )

[11_Hasler-11] „Programowalny i konfigurowalny FPAA SoC w trybie mieszanym, Jennifer Hasler i in., Georgia Tech., 7 stycznia 2016” . doi : 10.1109/TVLSI.2015.2504119 . S2CID 14027246 . {{ cite journal }} : Cite journal wymaga |journal= ( pomoc )