w10

Przegląd struktur i możliwości
analogowych układów programowalnych

wprowadzenie





układy EPAC firmy IMP
układy ispPAC firmy Lattice
układy FPAA firmy Anadigm
struktura i właściwości pierwszych
analogowych układów programowalnych
EPAC-IMP50E10, -IMP50E30
projektowanie w programie Analog Magic
Wykorzystano materiały firm: IMP, Lattice, Anadigm
PUE-w10
1
Analogowe układy programowalne - wprowadzenie
• Krótka historia - przegląd produktów
• EPAC f-my IMP (International Microelectronics Products)
- 1994r
• FPAA f-my Motorola (2-ga połowa lat 90-tych)
• ispPAC f-my Lattice (od 1999 r.)
• AN..., f-my Anadigm (od 2001r.)
• Problemy technologiczne i marketingowe
• Główne obszary zastosowań, perspektywy rozwojowe
PUE-w10
2
Pierwsze analogowe układy programowalne EPAC (IMP)
• Niektóre cechy:
• programowalne w systemie (isp, daisy chain)
• wewnętrzna pamięć nieulotna (EEPROM)
• możliwość zabezpieczenia projektu (Security Bit)
• podgląd sygnałów wewnęrznych (Magic Probe)
• programowalna szybkość/pobór mocy
• Specjalizowane układy scalone:
•EPAC-IMP50E10 (wielokanałowa akwizycja i przetwarzanie
danych pomiarowych),
•EPAC -IMP50E30 (układ nadzorująco-diagnostyczny)
• Programowanie połączeń i funkcji bloków wewnętrznych za
pośrednictwem programu Analog Magic
PUE-w10
3
Analogowy układ programowalny EPAC-IMP50E10
+ 2
In1p
0.0 mV
1
1
1
1
Out1
0V
+
In1n
15 k Hz
Dac_F
OutAmpF
1 5kHz
D
1 5kHz
1 5kHz
In8p
In8n
0.5
+ 0.5
0.5
+ 0.5
1 5Khz
LPF
InpMux
CoreAm pC
+ 2
1
1
1
1
InpAm pA
+
G/Z
0.0 mV
mV
mV
mV
mV
+ 2
1
0.0 mV
+
OutAmpG
15 k Hz
Out3
0V
SumAmpE
In9n
-
Dac_G
+
Of fset
Out2
0V
CoreAm pD
0.0
0.0
0.0
0.0
15 k Hz
Dac_H
OutAmpH
15KHz
0.5
SLI
In9p
InpAm pB
G
+
-
N
Power_Down_Control
SCLK
1
Clock
SDI
AuxAmp
VDD
VS S
AuxInp
AuxInn
AuxOut
PDb
Clk
PUE-w10
Sec urity
Probe
SLO
4
EPAC-IMP50E10 - multiplekser z oknem konfiguracyjnym
PUE-w10
5
EPAC-IMP50E10 - filtry wejściowe
PUE-w10
6
EPAC-IMP50E10 - moduł offsetu
PUE-w10
7
EPAC-IMP50E10 - wzmacniacz wejściowy InpAmpB
PUE-w10
8
EPAC-IMP50E10 - okna dialogowe wzmacniaczy C, E
PUE-w10
9
wzmacniacz F skonfigurowany jako S&H
PUE-w10
10
Okna programowe wzmacniaczy wyjściowych
PUE-w10
11
EPAC -IMP50E10 - generator wewnętrzny
PUE-w10
12
EPAC -IMP50E10 - zapezpieczenie dostępu
PUE-w10
13
EPAC -IMP50E30 - schemat ogólny
In1
ON
VD D
In2
VSS
ON
In3
ON
ISource
In4
ON
In5
Attenuator
InpM ux
In6
In7
S
In8
SDO
In9
In10
Group Gains
0.5
0.5
0.5
0.5
Corner freq.
845 kHz
845 kHz
845 kHz
845 kHz
845 kHz
845 kHz
845 kHz
845 kHz
In11
In12
In13
DacLow
0.5
0.5
0.5
0.5
LPF
In14
_____
Status
LoTrip
T rip
CompLow
Dac: Low T hresholds
G1:
G2:
G3:
G4:
InpAmp
0.00 V
0.00 V
0.00 V
0.00 V
G5:
G6:
G7:
G8:
0.00 V
0.00 V
0.00 V
0.00 V
In15
___
In16
SLI
AuxAmp
12us
C OM
2.5V
Single
H
12
+
9
-
SDI
3
6
8.1ms
WatchDog
M uxControl
Run/Trigger
Trim
In+
In-
Out
WDI
PUE-w10
___
WDO
500kHz
Clock
C lk
Power
____
R ST
Security
____
PD
____
POR
PR OBE
SCLK
SLO
14
EPAC -IMP50E30 - multiplekser wejściowy
PUE-w10
15
EPAC -IMP50E30 - blok sterowania multipleksera
PUE-w10
16
EPAC -IMP50E30 - wzmacniacz wejściowy
PUE-w10
17
EPAC -IMP50E30 - filtr wejściowy
PUE-w10
18
EPAC -IMP50E30 - komparator z sygn. stanu niskiego
PUE-w10
19
EPAC -IMP50E30 - komparator okienkowy
PUE-w10
20
EPAC -IMP50E30 - przetwornik A/C
PUE-w10
21
EPAC -IMP50E30 - wzmacniacz pomocniczy
PUE-w10
22
EPAC -IMP50E30 - układ taktujący (zegar)
PUE-w10
23
Przykłady zadań realizowanych za pomocą układów EPAC
1. Kondycjonowanie sygnałów z zastosowaniem układu EPAC-IMP50E10
Mikroprocesorowy układ pomiarowo-sterujący ma za zadanie m.in. zbierać
sygnały z czterech tensometrycznych mostków pomiarowych MP1..MP4 i
sukcesywnie przetwarzać je na postać cyfrową. Mikroprocesor posiada sześć
wolnych cyfrowych końcówek wejściowo/wyjściowych oraz jedno 8-bitowe
napięciowe wejście analogowe Ain (bez multileksera i bez układu próbkującopamiętającego) o zakresie pomiarowym: +0.5V .. +4.5V. Mostki pomiarowe
dostarczają sygnałów różnicowych U1..U4, o maksymalnych zakresach zmian
podanych w tabeli 1. Napięcie wspólne (nieróżnicowe) mieści się w granicach
+2.25V..+2.55V.
PUE-w10
24
Przykłady zadań realizowanych za pomocą układów EPAC
1. Kondycjonowanie sygnałów z zastosowaniem układu EPACIMP50E10
Mikroprocesorowy układ pomiarowo-sterujący ma za zadanie m.in. zbierać
sygnały z czterech tensometrycznych mostków pomiarowych MP1..MP4 i
sukcesywnie przetwarzać je na postać cyfrową. Mikroprocesor posiada sześć
wolnych cyfrowych końcówek wejściowo -wyjściowych oraz jedno 8-bitowe
napięciowe wejście analogowe Ain (bez multileksera i bez układu próbkującopamiętającego) o zakresie pomiarowym: +0.5V .. +4.5V.
MP3
+5V
MP1
U1
MP2
U2
Ain
µP (µC)
EPAC (-50E10)
I/O
U3
MP4
U4
MK
Uk
PUE-w10
25
Przykłady zadań realizowanych za pomocą układów EPAC
Mostki pomiarowe dostarczają sygnałów różnicowych U1..U4, o maksymalnych
zakresach zmian podanych w tabeli 1. Napięcie wspólne (nieróżnicowe) mieści
się w granicach +2.25V..+2.55V. Sygnały wymagają filtrowania
filtrem
dolnoprzepustowym 1-go rzędu, o częstotliwości granicznej podanej w tabeli;
Należy również przewidzeć możliwość korygowania wzmocnionych i
odfiltrowanych napięć pomiarowych przy pomocy wspólnego dla wszystkich
kanałów zewnętrznego różnicowego sygnału korygującego Uk. Zmiana Uk o
40mV powinna zmieniać napięcie wyjściowe o 1% zakresu pomiarowego.
Dodatkowo wskazana byłaby sygnalizacja przekroczenia 90% zakresu
pomiarowego przez którykolwiek z sygnałów wejściowych (wzmocnionych i
skorygowanych). Zaprojektować połączenia zewnętrzne i wewnętrzne oraz
parametry bloków układu EPAC-IMP50E10.
Parametry mostków pomiarowych MP1 .. MP4 (do przykładu 1 z EPAC 50E10
zes- U1min U1max
fg1
U2min U2max
fg2
U3min U3max
fg3
U4min U4max
fg4
(Hz)
(mV)
(mV)
(Hz)
(mV)
(mV)
(Hz)
(mV)
(mV)
(Hz)
taw (mV) (mV)
1
0
250
250
-100 100
250
-50
50
250
100
500
250
2
20
220 15000 -400 400 15000 -100 100 15000
0
1000 15000
PUE-w10
26
Przykłady zadań realizowanych za pomocą układów EPAC
2. Nadzorowanie stanu wielu analogowych wejść pomiarowych z
zastosowaniem układu EPAC-IMP50E30
Mikroprocesorowy układ pomiarowo-sterujący ma za zadanie m.in.
nadzorować sygnały z czterech urządzeń pomiarowych
UP1..UP4 i
reagować w przypadku, gdy sygnały te nie mieszczą się zadanych
granicach. Urządzenia pomiarowe dostarczają sygnałów różnicowych
U1..U4, o
dopuszczalnych zakresach
zmian podanych w tabeli.
Urządzenia UP3,UP4 są zasilane napięciem 0V,+5V, a urządzenia UP1,UP2
napięciem -15V, +15V. Sygnały powinny być filtrowane
filtrem
dolnoprzepustowym 1-go rzędu, o częstotliwości granicznej nie większej
niż 16 kHz. Zaprojektować połączenia zewnętrzne i wewnętrzne oraz
parametry bloków układu EPAC-IMP50E30 w taki sposób, aby możliwa była
sygnalizacja stanu przekroczenia dopuszczalnego zakresu któregokolwiek z
sygnałów wejściowych przy pomocy pojedynczej linii logicznej łączącej
EPAC z mikrokontrolerem. Ocenić dokładność i parametry czasowe
(opóźnienie) z jakimi jest realizowane zadanie sygnalizacji stanu
przekroczenia zakresu.
PUE-w10
27
Przykłady zadań realizowanych za pomocą układów EPAC
Dopuszczalne zakresy napięć wyjściowych urządzeń UP1..UP4
zes- U1min U1max U2min U2max U3min U3max U4min U4max
taw (mV) (mV) (mV) (mV) (mV) (mV) (mV) (mV)
1
1500 2500 3000 5500 200
500
100
900
2
2000 4250 2700 6000 100
800
200
800
Parametry mostków pomiarowych MP1 .. MP4 (do przykładu 1 z EPAC 50E10
zes- U1min U1max
fg1
U2min U2max
fg2
U3min U3max
fg3
U4min U4max
fg4
(Hz)
(mV)
(mV)
(Hz)
(mV)
(mV)
(Hz)
(mV)
(mV)
(Hz)
taw (mV) (mV)
1
0
250
250
-100 100
250
-50
50
250
100
500
250
2
20
220 15000 -400 400 15000 -100 100 15000
0
1000 15000
PUE-w10
28