|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
ENCYCLOPEDIA VỀ ĐIỆN TỬ TRUYỀN THANH VÀ KỸ THUẬT ĐIỆN IC khả trình tương tự phổ quát: lựa chọn các đơn vị chức năng cơ bản. Dữ liệu tham khảo
Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện / Ứng dụng của microcircuits Rất khó để đánh giá quá cao tầm quan trọng của các mạch tích hợp logic có thể lập trình lại (FPGA) trong việc tổng hợp các hệ thống logic. Sự phát triển tích hợp của cơ sở phần tử và các hệ thống thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính giúp nó có thể thực hiện các hệ thống logic phức tạp trong thời gian ngắn chưa từng có và với chi phí vật liệu tối thiểu. Vì vậy, mong muốn đạt được kết quả tương tự trong thiết kế và sản xuất hệ thống tương tự là điều khá dễ hiểu. Tuy nhiên, nhiều nỗ lực được thực hiện theo hướng này vẫn chưa mang lại kết quả như mong đợi, và các IC tương tự lập trình (PAIS) và LSI tương tự ma trận (MABIS) vẫn chưa trở nên phổ biến. Các vấn đề khi thiết kế LSI tương tự có thể lập trình Sự tiến bộ nhanh chóng trong lĩnh vực thiết kế các hệ thống logic trên FPGA đã được xác định trước bởi thực tế là tất cả các hệ thống logic đều dựa trên một bộ máy toán học phát triển tốt của đại số Boole. Lý thuyết này có thể chứng minh rằng việc xây dựng một hàm logic tùy ý là có thể thực hiện được bởi thành phần có thứ tự của chỉ một toán tử cơ bản - logic AND-NOT (hoặc OR-NOT). Có nghĩa là, bất kỳ hệ thống logic chặt chẽ nào cũng có thể được thiết kế từ các phần tử của một loại duy nhất, ví dụ, NAND. Tình hình hoàn toàn khác trong lĩnh vực thiết kế (tổng hợp) và phân tích (phân hủy) sơ đồ mạch của hệ thống tương tự. Trong điện tử tương tự, vẫn chưa có bộ máy toán học duy nhất được công nhận rộng rãi nào cho phép giải quyết các vấn đề về phân tích và tổng hợp từ một quan điểm phương pháp luận thống nhất. Lý do của hiện tượng này nên được tìm kiếm trong lịch sử phát triển của điện tử tương tự. Trong giai đoạn đầu, mạch của các thiết bị tương tự đã phát triển theo các khái niệm của phương pháp nút chức năng, ý tưởng chính của nó là sự phân chia các sơ đồ mạch phức tạp thành các nút. Một nút bao gồm một nhóm các phần tử và thực hiện một chức năng được xác định rõ. Khi kết hợp, các nút tạo thành khối, bảng, tủ, cơ chế - tức là một số cấu tạo hợp nhất, được gọi là thiết bị. Sự kết hợp của các thiết bị tạo thành một hệ thống. Phương pháp nút chức năng giả định rằng các thành phần cơ bản của hệ thống phải là các nút, nhiệm vụ chính của nó là thực hiện một chức năng đã được xác định rõ. Đó là lý do tại sao tiêu chí để phân loại các nút là chức năng, tức là thực tế là nút thực hiện một số chức năng. Tuy nhiên, khi điện tử phát triển, hóa ra có một số lượng cực kỳ lớn các chức năng biệt lập và cô lập (và do đó, các nút). Mọi khả năng giảm thiểu và hợp nhất của chúng, vốn cần thiết cho việc tổng hợp các hệ thống phức tạp, đã biến mất. Đó là lý do tại sao sự phát triển của LSI tương tự ma trận (MABIS) và mạch tích hợp tương tự có thể lập trình lại (PAIS) đã bị chậm lại và tiếp tục bị chậm lại. Tình hình hoạt động trong lĩnh vực mạch tương tự có thể lập trình được bằng cách phân tích sự phát triển của các công ty hàng đầu của Nga và nước ngoài. Do đó, các chuyên gia của OAO NIITT và nhà máy Angstrem đã tập trung nỗ lực vào việc phát triển và sản xuất BMC tương tự-kỹ thuật số (tinh thể ma trận cơ bản) của loại Rul H5515KhT1, N5515KhT101, được thiết kế cho các hệ thống thu thập dữ liệu, điều khiển và quản lý, cho thiết bị y tế và thiết bị đo kiểm soát [1]. Thiết kế của các BMC này bao gồm một ma trận tương tự và kỹ thuật số. Ma trận kỹ thuật số chứa 115 ô cơ sở kỹ thuật số (230 cổng 2I-NOT), được sắp xếp thành năm hàng gồm 23 ô liên tiếp. Ma trận tương tự kết hợp 18 ô cơ sở tương tự được sắp xếp thành hai hàng gồm 9 ô. Giữa các hàng ô tương tự là hai hàng tụ điện (17,8 pF danh nghĩa) và hai hàng điện trở khuếch tán (24,8 kOhm mỗi hàng). Giữa phần tương tự và phần kỹ thuật số là một hàng điện trở 3,2 kΩ. BMC cung cấp hai loại ô tương tự (A và B). Tế bào loại A bao gồm 12 bóng bán dẫn thu cách điện npn và 38 pnp và XNUMX điện trở khuếch tán đa điểm. Trong các ô loại B, bốn bóng bán dẫn NPN được thay thế bằng hai bóng bán dẫn pMOS. Các tế bào ngoại vi thuộc loại A và B chứa bốn bóng bán dẫn npn mạnh (trong các ô thuộc loại B - với một bộ thu cách ly) và hai bóng bán dẫn lưỡng cực. Các ô cơ sở kỹ thuật số được đại diện bởi ba loại - bốn bóng bán dẫn n-MOS, bốn bóng bán dẫn p-MOS và một cặp bóng bán dẫn lưỡng cực bổ sung. Ngoài ra, các tế bào kỹ thuật số mạnh mẽ nằm ở ngoại vi của tinh thể, chứa bốn bóng bán dẫn n-MOS và p-MOS mạnh mẽ, cũng như hai bóng bán dẫn npn được kết nối theo mạch Darlington. Đối với BMC, thư viện các phần tử tương tự và kỹ thuật số tiêu chuẩn đã được phát triển, điều này tạo thuận lợi và đẩy nhanh quá trình thiết kế các thiết bị dựa trên BMC. Các BMC này và các BMC tương tự chứa các bộ phần tử vô tuyến điện (ERE) không được kết nối, từ đó có thể thu được một số đơn vị chức năng được chỉ định trong thư viện. Nhược điểm chính của các vi mạch như vậy là phạm vi rất hẹp, bị giới hạn bởi các giá trị cụ thể của xếp hạng và các đặc tính khác của ERE trong tập hợp này. Khả năng của các đơn vị chức năng được phát triển và khuyến nghị cho bộ này được đưa ra trong thư viện đi kèm với vi mạch.
Kể từ năm 2000, Lattice Semiconductor đã sản xuất các mạch tích hợp tương tự có thể lập trình (PAIS) thuộc họ ispPAC (In-System Programmable Analog Circuit) với lập trình trong hệ thống, tức là mà không cần trích xuất từ bảng mạch in [2, 3]. Đến giữa năm 2000, ba đại diện của họ này đã được sản xuất: ispPAC-Yu (Hình 1), ispPAC-20 (Hình 2) và ispPAC-80. Chúng tích hợp tới 60 phần tử chủ động và thụ động được cấu hình, mô hình hóa và lập trình bằng gói PAC-Designer. IspPAC PAIS chứa: • mạch giao diện nối tiếp, thanh ghi và các thành phần của bộ nhớ không khả biến có thể lập trình lại bằng điện (EEPROM) cung cấp cấu hình ma trận;
Kiến trúc được nhúng trong loạt bài này dựa trên các ô cơ bản chứa: bộ khuếch đại thiết bị đo (IU); bộ khuếch đại đầu ra (VU) thực hiện theo sơ đồ bộ cộng / tích hợp; nguồn điện áp tham chiếu 2,5 V (ION); DAC 8-bit với đầu ra điện áp và bộ so sánh kép (CP). Đầu vào và đầu ra tương tự của các ô (ngoại trừ ION) để tăng phạm vi động của tín hiệu được xử lý được thực hiện theo sơ đồ vi phân. Hai DUT và một VU tạo thành một macrocell, được gọi là khối PAC, trong đó các đầu ra của DUT được kết nối với các đầu vào tổng hợp của VU. IpPAC-10 bao gồm bốn PAC và ispPAC-20 có hai. IspPAC-20 cũng bao gồm DAC và các ô so sánh. Trong ô, độ lợi của DUT được lập trình trong phạm vi từ -10 đến +10 với bước 1, và trong mạch phản hồi của VU, giá trị của điện dung tụ điện (128 giá trị có thể) và bật / giảm sức đề kháng. Một số nhà sản xuất vi mạch sử dụng công nghệ "tụ điện chuyển mạch" để lập trình các chức năng tương tự, liên quan đến việc thay đổi điện dung của các mạch thiết lập tần số bằng cách sử dụng một công tắc điện tử chuyển mạch theo điều kiện.
Cách tiếp cận của Lattice dựa trên việc sử dụng các mạch điện có đặc tính không đổi theo thời gian, có thể thay đổi trong quá trình cấu hình lại hệ thống mà không cần tắt nguồn. Cải tiến này là đáng kể, vì nó loại bỏ việc xử lý tín hiệu bổ sung cần thiết trong phương pháp đầu tiên. Các phương tiện đi dây bên trong (Nhóm định tuyến tương tự) cho phép bạn kết nối với nhau các tiếp điểm đầu vào của vi mạch, đầu vào và đầu ra của macrocell, đầu ra của DAC và đầu vào của bộ so sánh. Kết hợp một số macrocell, có thể xây dựng các mạch lọc hoạt động có thể điều chỉnh trong dải tần từ 10 đến 100 kHz, dựa trên việc sử dụng liên kết bộ tích hợp. Cần lưu ý rằng ispPAC của Lattice gần nhất với PAIS. Hạn chế duy nhất của chúng là không có hệ thống các phần tử cơ bản phổ quát cho phép thiết kế không chỉ các bộ lọc hoạt động có thể điều chỉnh được mà còn là một loạt các hệ thống tương tự. Chính tình huống này đã ngăn cản ispPAC của Lattice Semiconductor trở thành một chất tương tự của FPGA từ các công ty như Altera và Xilinx. Nhìn chung, phân tích thực trạng trong lĩnh vực phát triển và triển khai thực tế của vi mạch tương tự, chúng ta có thể đưa ra một số khái quát: • phần lớn các vi mạch tương tự được triển khai công nghiệp không thể được phân loại là LSI về mức độ tích hợp;
Một cơ sở duy nhất để thiết kế FPGA và MABIS Tuy nhiên, nhiệm vụ phát triển một cơ sở thiết kế mạch thống nhất để thiết kế các hệ thống tương tự vẫn còn một giải pháp, chúng tôi sẽ cố gắng chứng minh về mặt lý thuyết và chỉ ra các hướng khả thi để triển khai thực tế các ý tưởng đã vạch ra. Trước hết, người ta nên chọn một mô hình toán học của một hệ thống điện tử tương tự lớn, cho phép người ta tách ra một nhóm nhỏ các phần tử cơ bản. Trong lĩnh vực phân tích và tổng hợp mạch điện tử, thực tế không có giải pháp thay thế cho bộ máy toán học của hệ phương trình vi phân tuyến tính, vốn đã được công nhận từ những năm 4 của thế kỷ trước [5, XNUMX]. Tuy nhiên, lưu ý rằng ý tưởng về việc sử dụng hàng loạt trong thực tế của phương pháp luận này vẫn chưa làm chủ được tâm trí của tất cả các chuyên gia. Hệ phương trình vi phân bao gồm các phần tử, các mối liên hệ của chúng và được đặc trưng bởi một cấu trúc nhất định. Cơ sở nguyên tố của phương trình vi phân đã được nghiên cứu trong nửa đầu thế kỷ trước trong khuôn khổ của ngành khoa học "tự động". Trong lĩnh vực này, lợi thế của phương trình vi phân như sự hợp nhất đã được thể hiện: dạng của chúng không phụ thuộc vào mô hình quá trình được mô tả. Tuy nhiên, ở dạng tiêu chuẩn để viết một phương trình vi phân, không có thông tin trực quan về bản chất của các mối quan hệ trong hệ thống đang nghiên cứu. Do đó, các phương pháp trực quan hóa cấu trúc của hệ phương trình vi phân dưới dạng các loại sơ đồ khác nhau đã được phát triển trong suốt quá trình phát triển lý thuyết điều khiển tự động. Đến cuối những năm 60 của thế kỷ XX, quan điểm hiện đại về tổ chức cấu trúc của các mô hình hệ động lực đã hình thành đầy đủ [6]. Việc hình thành một mô hình toán học của hệ thống bắt đầu bằng việc phân chia nó thành các liên kết và mô tả sau đó của chúng - hoặc về mặt phân tích dưới dạng phương trình liên quan đến các giá trị đầu vào và đầu ra của liên kết; hoặc bằng đồ thị dưới dạng sơ đồ ghi nhớ với các đặc điểm. Theo các phương trình hoặc đặc điểm của các liên kết riêng lẻ, các phương trình hoặc đặc điểm của hệ thống nói chung được biên soạn. Liên kết của các hệ thống động được xác định là điển hình
Lưu ý rằng nếu đối với một lược đồ chức năng, hệ thống được chia thành các liên kết dựa trên các chức năng mà chúng thực hiện, thì đối với một mô tả toán học, hệ thống được phân mảnh dựa trên sự thuận tiện của việc lấy một mô tả. Do đó, các liên kết nên càng đơn giản càng tốt (nhỏ). Mặt khác, khi phân chia hệ thống thành các liên kết, mô tả toán học của mỗi liên kết phải được biên dịch mà không tính đến các kết nối của nó với các liên kết khác. Điều này có thể thực hiện được nếu các liên kết có hướng hành động - tức là truyền hành động chỉ theo một hướng, từ đầu vào đến đầu ra. Khi đó, sự thay đổi trạng thái của bất kỳ liên kết nào không ảnh hưởng đến trạng thái của liên kết trước đó. Nếu điều kiện về hướng hoạt động của các liên kết được thỏa mãn, mô tả toán học của toàn bộ hệ thống có thể thu được dưới dạng một hệ phương trình độc lập của các liên kết riêng lẻ, được bổ sung bởi các phương trình liên kết giữa chúng. Phổ biến nhất (điển hình) là các liên kết như liên kết không tuần hoàn, dao động, tích phân, phân biệt, liên kết trễ không đổi [6]. Bài toán liên kết sơ cấp trong các mô hình dạng hệ phương trình vi phân đã được một số tác giả nghiên cứu [7-9]. Phân tích cho thấy [10] rằng vị trí của chúng chủ yếu được giảm bớt trong việc nêu thực tế về sự tồn tại của các liên kết điển hình và nghiên cứu vai trò của chúng trong quá trình hình thành các cấu trúc phức tạp hơn. Việc lựa chọn vào nhóm các liên kết tiêu biểu được thực hiện tùy tiện, không theo bất kỳ tiêu chí nào. Các liên kết khác nhau được đưa vào danh sách các liên kết điển hình mà không cần giải thích và biện minh, và các thuật ngữ "đơn giản" và "sơ cấp" cũng được sử dụng như nhau để chỉ định các liên kết điển hình (xem bảng). Trong khi đó, nghiên cứu vô số liên kết "điển hình" của hệ động lực bằng phương pháp ma trận cấu trúc [10-12] cho thấy chỉ có ba liên kết - tỉ lệ, tích phân và phân biệt - không chứa chu trình ma trận trong ma trận cấu trúc của chúng. Do đó, chỉ có thể gọi chúng là sơ cấp. Tất cả các liên kết khác được xây dựng bằng cách kết hợp các liên kết sơ cấp. Vì vậy, nếu một liên kết tỷ lệ với một hàm truyền WB(s) = kB và phân biệt liên kết với chức năng truyền WA(s) = kAs kết nối theo sơ đồ phản hồi tiêu cực (Hình 3), sau đó chức năng chuyển giao tương đương
Do đó, kết quả, cho đến các giá trị của hằng số thời gian, trùng với hàm truyền của liên kết tuần hoàn của bậc một. Điều này có nghĩa là liên kết này có thể thu được bằng cách kết nối các liên kết tỷ lệ và phân biệt theo sơ đồ với phản hồi tiêu cực và do đó, nó không thể được coi là cơ bản.
Theo cách tương tự, bạn có thể xây dựng phần còn lại của các liên kết có trong bảng. Cần đặc biệt chú ý đến hàm truyền của liên kết dao động (T2p2 + 2ξTp + 1)y = ku. Vì vậy, nếu chúng ta kết nối nối tiếp hai liên kết tuần hoàn với các hàm truyền chỉ khác nhau về hằng số thời gian, thì hàm truyền tương đương sẽ có dạng
Do đó, kết quả, với các giá trị của hằng số thời gian, trùng với hàm truyền của liên kết đang nghiên cứu. Do đó, các liên kết dao động, bảo toàn và không theo chu kỳ của bậc 2 có thể nhận được bằng cách nối các liên kết của bậc XNUMX trong chuỗi. Điều này có nghĩa là chúng không thể được coi là sơ cấp, mặc dù về nguyên tắc có thể gọi chúng là điển hình. Một phân tích về các kết quả được đưa ra trong cột cuối cùng của bảng cho phép chúng tôi kết luận rằng các liên kết như định kỳ, đẳng hướng, cưỡng bức, phân biệt quán tính và tích hợp quán tính có thể thu được bằng cách kết nối các liên kết cơ bản. Để chứng minh rằng các hàm truyền của các liên kết điển hình khác có thể thu được bằng cách kết nối các liên kết cơ bản, cần phải phân tích các kết nối của các liên kết ba, bốn, v.v. theo các sơ đồ kết nối điển hình. Có thể thu được kết quả tương tự nếu chúng ta xem xét các kết nối của các liên kết cơ bản với các liên kết bậc nhất điển hình. Một phần của nghiên cứu này đã được thực hiện, kết quả của nó được trình bày trong [10]. Như vậy, người ta đã chứng minh rằng bằng cách kết nối các liên kết sơ cấp, khá đơn giản để có được tất cả các hàm truyền của cái gọi là liên kết động điển hình. Do đó, các hệ thống động lực học tùy ý có thể được tổng hợp bằng cách sử dụng các toán tử nhân và kết nối chỉ của ba liên kết cơ bản: tỷ lệ thuận, phân biệt và tích phân. Kết luận này có tầm quan trọng cơ bản, vì nó xác định cơ sở nguyên tố cần thiết cho việc xây dựng các hệ thống động lực tuyến tính theo bất kỳ thứ tự nào, bao gồm cả các mạch điện tử vô tuyến. Và nếu các hệ thống động được cho là được xây dựng từ một loạt các liên kết động hạn chế, như trong trường hợp của MABIS và PAIS, thì kết luận rút ra là đặc biệt quan trọng.
Có thể tổng hợp các thiết bị tương tự tùy ý chỉ từ năm đơn vị chức năng - bộ ghép kênh, bộ cộng, bộ nhân, bộ tích phân và bộ phân biệt (Hình 4)! Lưu ý rằng những người được hiển thị trong Hình. 4 mạch không nên được coi là các giải pháp mạch đã thực hiện, mà chỉ là biện minh cho khả năng thay thế các liên kết cơ bản trên một mạch chức năng bằng các phần tử vô tuyến-điện tử cơ bản. Thay thế các liên kết cơ bản của các mạch chức năng bằng các đối tác phần cứng của chúng, có thể thiết kế các thiết bị tương tự với các đặc tính cụ thể. Ví dụ về tổng hợp thiết bị tương tự Hãy xem xét một ví dụ rất đơn giản về tổng hợp sơ đồ mạch của một thiết bị tương tự theo một mô hình được cho bởi một hệ phương trình vi phân dưới dạng biến đổi Laplace có dạng: x0 = g, x1 =x0 - 2 lần2/ s, x2 = 10 lần1/ s, x3 =x2 - 10 lần4/ s, x4 = 500 lần3/S.
Chúng ta hãy xây dựng ma trận cấu trúc của hệ phương trình vi phân này và tô sáng các chu trình của ma trận bằng các mũi tên:
Từ kết quả mô phỏng (Hình 6) của mạch điện tổng hợp, có thể thấy, với các thông số đã cho, nó đại diện cho hai máy phát mắc nối tiếp. Đó là, một thiết bị rất đơn giản, chỉ bao gồm bốn liên kết tích hợp, thực hiện chức năng tương đối phức tạp là điều chỉnh dao động tần số thấp bằng dao động tần số cao. Lưu ý rằng khi thiết kế và sản xuất MABIS và PA-IS, hoàn toàn không cần sử dụng phần cứng tương tự của các liên kết cơ bản được tạo trên các bộ khuếch đại hoạt động, như trong Hình. 4, mặc dù ở cơ sở này, chúng được làm việc tốt nhất [13–16]. Việc triển khai các tương tự phần cứng của các liên kết sơ cấp trên các thành phần quang điện tử là hứa hẹn nhất, mặc dù có thể có bất kỳ lựa chọn nào khác.
MABIS và PAIS phổ quát - có thể Do đó, có thể tách ra năm thành phần cơ bản (đơn giản nhất) của bất kỳ REA nào, tương ứng với các toán tử chính của hệ phương trình vi phân: nhân, phân biệt, tích phân, cộng và nhân (ghép kênh). Phương pháp luận để thiết kế các thiết bị điện tử tương tự giả định [10]: • sử dụng làm dữ liệu ban đầu để thiết kế một mô hình toán học dưới dạng một hệ gồm n phương trình vi phân bậc nhất (hoặc một phương trình vi phân bậc l);
Phương pháp đề xuất có một số lợi thế quyết định. Như vậy, sơ đồ chức năng của thiết bị thiết kế được tổng hợp từ hệ phương trình vi phân ban đầu bằng các phép biến đổi ma trận chuẩn, có thể sắp xếp thứ tự và chuyển thành thuật toán để tính toán tự động. Sơ đồ mạch điện được tổng hợp từ mạch chức năng bằng cách thay thế đơn giản các liên kết động cơ bản bằng các phần tử cơ bản tương đương. Việc lập mô hình thiết bị bằng các công cụ CAD cũng có thể được đơn giản hóa đáng kể. Do đó, vì tập hợp các liên kết cơ bản không nhiều, nên có khả năng thực sự là thiết kế MABIS và PAIS phổ quát. Do đó, đơn giản hóa đáng kể việc thiết kế các thiết bị tương tự và kỹ thuật số-tương tự và mở ra triển vọng hấp dẫn cho sự phát triển hơn nữa của điện tử nói chung. Văn chương 1. Alenin S., Ivanov V., Polevikov V., Trudnovskaya E. Triển khai các thiết bị analog-to-digital chuyên dụng dựa trên NIC MOS BMK loại H5515KhT1. - ChipNews, 2000, số 2.
Tác giả: G. Mishin; Xuất bản: cxem.net
Da nhân tạo để mô phỏng cảm ứng
15.04.2024 Cát vệ sinh cho mèo Petgugu Global
15.04.2024 Sự hấp dẫn của những người đàn ông biết quan tâm
14.04.2024
▪ Kính thông minh dịch văn bản thành âm thanh ▪ Thiết bị tương tự Blackfin Flash DSP ▪ Máy tính bảng i chùm từ NTT DoCoMo được điều khiển bằng mắt ▪ Sự ngạc nhiên khuyến khích sự khám phá
▪ phần của trang web Thợ điện. PTE. Lựa chọn bài viết ▪ bài báo Giải phẫu người bình thường. Ghi chú bài giảng ▪ bài báo Ai khám phá ra Úc? đáp án chi tiết ▪ Bài phi yến. Truyền thuyết, canh tác, phương pháp áp dụng ▪ bài viết Cá vàng phi thường. tiêu điểm bí mật
Trang chủ | Thư viện | bài viết | Sơ đồ trang web | Đánh giá trang web
www.diagram.com.ua |
- (2 / s)
1
- (10 / s)
1
Xem các bài viết khác razdela 
Tin tức khoa học công nghệ, điện tử mới nhất:
Tất cả các ngôn ngữ của trang này