Программируемая аналоговая матрица - Field-programmable analog array

А программируемая аналоговая матрица (FPAA) является устройство интегральной схемы содержащие вычислительные аналог блоки (CAB)[1][2] и межсоединения между этими блоками, предлагая возможность программирования. В отличие от их цифровой кузен, FPGA, устройства, как правило, больше ориентированы на приложения, чем на устройства общего назначения, поскольку они могут быть текущий режим или устройства с режимом напряжения. Для устройств с режимом напряжения каждый блок обычно содержит операционный усилитель в сочетании с программируемой конфигурацией пассивных компонентов. Блоки могут, например, действовать как лето или же интеграторы.

FPAA обычно работают в одном из двух режимов: непрерывное время и дискретное время.

  • Устройства с дискретным временем обладать системные часы выборки. В переключаемый конденсатор конструкции, все блоки выбирают свои входные сигналы с образец и держать Схема состоит из полупроводникового переключателя и конденсатора. Это питает программируемый операционный усилитель раздел, который может быть направлен в ряд других блоков. Эта конструкция требует более сложного полупроводник строительство. Альтернативная конструкция с коммутируемым током предлагает более простую конструкцию и не требует входного конденсатора, но может быть менее точной и иметь меньшую разветвление - он может управлять только одним следующим блоком. Оба типа устройств с дискретным временем должны компенсировать коммутационный шум, наложение спектров на системной частоте дискретизации и полосу пропускания, ограниченную частотой дискретизации, на этапе проектирования.
  • Устройства непрерывного времени работать больше как массив транзисторы или операционные усилители, которые могут работать на полную пропускная способность. Компоненты соединены определенным образом через настраиваемый массив переключателей. В течение схемотехника, матрица переключения паразитический индуктивность, емкость и шум взносы необходимо учитывать.

В настоящее время очень мало производителей FPAA. Ресурсы на кристалле все еще очень ограничены по сравнению с ресурсами FPGA. Исследователи часто называют этот дефицит ресурсов ограничивающим фактором в своих исследованиях.

История

Период, термин FPAA впервые был использован в 1991 году Ли и Гулаком.[3] Они выдвигают концепцию CAB, которые подключаются через сеть маршрутизации и настраиваются в цифровом виде. Впоследствии, в 1992 г.[4] и 1995[5] они доработали концепцию, добавив операционные усилители, конденсаторы и резисторы. Этот оригинальный чип был изготовлен с использованием технологии CMOS 1,2 мкм и работает в диапазоне 20 кГц при потребляемой мощности 80 мВт.

Pierzchala et al представили аналогичную концепцию под названием аналоговая схема с электронным программированием (EPAC).[6] В нем был всего один интегратор. Однако они предложили локальное межсоединение. архитектура чтобы попытаться избежать ограничений пропускной способности.

В реконфигурируемый аналоговый сигнальный процессор (РАСП), а вторая версия была представлена ​​в 2002 году Холлом и др.[7][8] В их дизайн заложены элементы высокого уровня, такие как второй порядок полосовые фильтры и умножители векторных матриц 4 на 4 в CAB. Из-за своей архитектуры он ограничен частотой около 100 кГц, а сам чип не может поддерживать независимую реконфигурацию.

В 2004 году Иоахим Беккер приобрел параллельное соединение OTA (операционные усилители крутизны) и предложил использовать его в гексагональной локальной архитектуре межсоединений.[9] Это не требовало сети маршрутизации и исключало переключение пути прохождения сигнала, улучшающее частотную характеристику.

В 2005 году Фабиан Хенрици вместе с Йоахимом Беккером разработал переключаемый и инвертируемый OTA, который удвоил максимальную пропускную способность FPAA.[10] Результатом этого сотрудничества стал первый произведенный FPAA в 0,13 мкм CMOS технологии.

В 2016 году доктор Дженнифер Хаслер из Технологического института Джорджии разработала систему FPAA на микросхеме, которая использует аналоговую технологию для достижения беспрецедентного уменьшения мощности и размеров.[11]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Холл, Тайсон; Твигг, Кристофер; Хасслер, Пол; Андерсон, Дэвид (2004). «ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕМЕНТОВ В ПЛАВАЮЩИХ ВОРОТАХ FPAA». IEEE-Iscas 2004 г.. II: 589–592.
  2. ^ Баская, Ф .; Reddy, S .; Сун, Кю Лим; Андерсон, Д. (Август 2006 г.). "Размещение крупномасштабных программируемых аналоговых массивов с плавающим затвором". Транзакции IEEE в системах СБИС. 14 (8): 906–910. Дои:10.1109 / TVLSI.2006.878477. S2CID  16583629.
  3. ^ «КМОП-программируемая аналоговая матрица,« Твердотельные схемы ». Дои:10.1109/4.104162. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  4. ^ «Программируемая аналоговая матрица на основе MOSFET-транзисторов». S2CID  15702616. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  5. ^ Ли, E.K.F .; Гулак, П. (1995). «Аналоговая матрица, программируемая на месте». Программируемая аналоговая матрица на основе трансформатора. С. 198–199. Дои:10.1109 / ISSCC.1995.535521. ISBN  0-7803-2495-1. S2CID  56613166.
  6. ^ Pierzchala, E .; Perkowski, M.A .; Van Halen, P .; Шауманн Р. (1995). «Усилитель токового режима / Интегратор для программируемой аналоговой матрицы». Усилитель / интегратор токового режима для программируемой аналоговой матрицы. С. 196–197. Дои:10.1109 / ISSCC.1995.535520. ISBN  0-7803-2495-1. S2CID  60724962.
  7. ^ Холл, Тайсон С .; Хаслер, Пол; Андерсон, Дэвид В. (2002). «Программируемые пользователем аналоговые массивы: подход с плавающим вентилем». Программируемые аналоговые массивы: подход с плавающей запятой. Конспект лекций по информатике. 2438. С. 424–433. Дои:10.1007/3-540-46117-5_45. ISBN  978-3-540-44108-3. S2CID  596774.
  8. ^ Холл, Т.С.; Twigg, C.M .; Gray, J.D .; Hasler, P .; Андерсон, Д. (2005). «Крупномасштабные программируемые аналоговые матрицы для обработки аналоговых сигналов». IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers. 52 (11): 2298–2307. Дои:10.1109 / TCSI.2005.853401. S2CID  1148361.
  9. ^ ".," Программируемая аналоговая матрица с непрерывным временем (FPAA), состоящая из GM-ячеек, реконфигурируемых цифровым способом ". CiteSeerX  10.1.1.444.8748. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  10. ^ «Шестиугольная программируемая аналоговая матрица непрерывного времени в КМОП-матрице 0,13 мкм с полосой пропускания 186 МГц». CiteSeerX  10.1.1.444.8748. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  11. ^ «Программируемый и настраиваемый смешанный режим FPAA SoC, Дженнифер Хаслер и др., Технологический институт Джорджии, 7 января 2016 г.». Дои:10.1109 / TVLSI.2015.2504119. S2CID  14027246. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)

внешняя ссылка