Gibt es analoge FPGAs?

So wie ich es verstehe, sind FPGAs flexible "digitale" Schaltungen, mit denen Sie eine digitale Schaltung entwerfen, bauen und neu aufbauen können.

Es mag naiv oder albern klingen, aber ich habe mich gefragt, ob es FPGAs oder andere "flexible" Technologien gibt, die dem Designer auch analoge Komponenten wie Verstärker oder A / D oder D / A oder Transceiver oder noch einfachere Komponenten zur Verfügung stellen.

Ich habe vor mehr als zehn Jahren eine Produktlinie namens EPAC (Electronically Programmable Analog Circuit) verwendet, die angeblich das analoge Äquivalent eines FPGA ist, und Cypress stellt seit Jahren eine Linie namens PSoC (Programmable) her System On Chip), das eine schaltbare Anordnung von analogen und digitalen Schaltungen enthält. Beachten Sie, dass die Geräte in beiden Fällen eine mäßig kleine Anzahl von Funktionsblöcken (3 bis 24 im Fall des PSoC) mit etwas eingeschränkten Routing-Optionen haben, anstatt Hunderte oder Tausende von Blöcken mit genügend Verbindungen zu versehen, um im Wesentlichen willkürliches Routing zu ermöglichen .

Ein Grund dafür, dass analoge FPGAs nicht annähernd die Designflexibilität digitaler Geräte bieten, besteht darin, dass ein digitales Signal Dutzende oder Hunderte von Ebenen von Routing- und Logikschaltungen durchläuft, von denen jede ein Signal-Rausch-Verhältnis von 10 dB aufweist (SNR), was bedeutet, dass es 1/3 so viel Rauschen gibt wie das Signal. Das resultierende Signal kann sauber sein. Um hingegen ein sauberes Signal von einem analogen Gerät zu erhalten, muss jede Stufe, die das Signal durchläuft, sauber sein. Je komplexer das Routing ist, desto schwieriger ist es, das Aufnehmen von Streusignalen zu vermeiden.

In Anwendungen, die nicht zu anspruchsvoll sind, kann es nützlich sein, eine kleine Menge analoger Schaltungen in einem Chip zu kombinieren. Ich habe zum Beispiel eine Spieluhr entworfen, die mit einem PSoC einen Piezo-Lautsprecher direkt ansteuert. Der PSoC enthält einen DAC, ein Tiefpassfilter vierter Ordnung und einen Ausgangsverstärker. Es wäre nicht schwierig gewesen, einen separaten Chip für die Filterung und Verstärkung zu verwenden, aber mit dem PSoC konnte die Notwendigkeit eines zusätzlichen Chips vermieden werden.

Dies ist der erste Schuss von Google. scheint eine sehr neue Technologie zu sein, und nur wenige Hersteller produzieren sie.

Ich weiß nicht, ob der analoge Teil als FPGA-Block flexibel ist, aber er kombiniert auf jeden Fall die Funktionen.

UPDATE: Im Actel gibt es je nach Modell nur einen integrierten ADC (ASIC) und eine feste Anzahl von Analogeingängen.

Vor Jahren hatte Lattice eine Serie namens ispPAC mit verschiedenen Konfigurationen von systemintern programmierbaren Analogblöcken . Höhere Komplexität auf CPLD-Ebene als auf FPGA-Ebene. Diese sind jetzt alle veraltet.

Ich vermute, dass die Anforderungen in den verschiedenen analogen Anwendungen einfach zu stark variieren, als dass ein Chip "alles" kann. In einem Entwurf benötigen Sie beispielsweise einen ADC-Eingangspuffer mit einer Genauigkeit von 16 Bit. In einem anderen Fall benötigen Sie möglicherweise nur eine 8-Bit-Genauigkeit und möchten die Kosten so gering wie möglich halten. Es gibt keine Möglichkeit, dass ein programmierbarer Universalblock für beide Anwendungen gleichzeitig geeignet ist.

Triad Semiconductor, www.TriadSemi.com , stellt über konfigurierbare Analog- und Mixed-Signal-Arrays (sogenannte VCAs) her. Diese VCAs sind einzeln konfigurierbar und nicht vor Ort programmierbar. Dies bedeutet, dass mit einer VCA eine Maskenladung und eine Verarbeitungszeit verbunden sind.

Die VCA-Herstellungskosten sind erheblich niedriger als bei einem herkömmlichen vollständig kundenspezifischen Mixed-Signal-ASIC. Herstellung, Verpackung und Test der VCA können bis zu vier Wochen dauern, verglichen mit 4 bis 6 Monaten bei herkömmlichen ASICs.

Field Programmable Analog leidet unter schwerwiegenden Rausch- und Leistungsproblemen, da das Routing-Fabric eine große Anzahl von Transistoren enthält.

Via Configurable Analog verwendet Vias als Verbindungsressource. Diese Vias sind ein Standardbestandteil eines vollständig benutzerdefinierten Designs. In einem über konfigurierbaren analogen Array werden jedoch nur die Vias geändert, um ein Design für eine bestimmte VCA zu konfigurieren.

Vias sind sehr leistungsfähig, niederohmig und geräuscharm. Via konfigurierte Arrays bieten eine vollständig benutzerdefinierte Mixed-Signal-IC-Leistung mit deutlich geringeren Entwicklungskosten und Herstellungszeiten.

Ich habe auf PlanetAnalog.com einen Artikel darüber gepostet, warum feldprogrammierbares Analog etwas zu programmierbar ist.

Ihr Mikrocontroller verfügt möglicherweise über einige analoge Komponenten. Zum Beispiel hat der STM32F303x (A | C) 4 Operationsverstärker (§3.15) und 7 Komparatoren (§3.16).

Die Anpassungsmöglichkeiten sind sehr begrenzt. Beispielsweise können die Ausgänge der Operationsverstärker mit dem ADC des Mikrocontrollers verbunden werden, sie können jedoch nicht mit einem Ausgangspin oder dem Eingang eines internen Komparators verbunden werden. Die Ausgänge der Komparatoren können jedoch mit einem Ausgangspin verbunden werden . Die vollständige Verbindungsmatrix finden Sie in §3.8.

Ich bin mir auch sicher, dass Mikrocontroller anderer Hersteller einen ähnlichen Satz konfigurierbarer Peripheriegeräte haben - aber ich habe kürzlich mit der STM32-Serie gearbeitet, daher bin ich mit deren Design vertraut.

Sie können Microsemi SmartFusion unter überprüfen.

http://www.microsemi.com/products/fpga-soc/soc-fpga/smartfusion

Diese verfügen über FPGA, uP und programmierbares Analog auf einem Chip. Ich habe diese in einem Schulprojekt verwendet und all diese Teile erfolgreich eingesetzt.

Anadigm stellt ein FPAA- oder vor Ort programmierbares analoges Array her. http://www.anadigm.com/fpaa.asp Die Designer-Software macht es einfach, einen Filter oder viele andere analoge Funktionen einzurichten. Servenger stellt ein kostengünstiges <400USD-Entwicklungsboard her, das die Anadigm-Designer-Software unterstützt. PAM 5002R http://www.servenger.com/