5
|
Програмируеми аналогови матрици (Field Programmable Analog Arrays –FPAA). Приложения.
|
Основни определения: FPAA са монолитни интегрални схеми, които позволяват реализацията на сложни аналогови функции по изцяло програмен път. Това значително облекчава процеса на проектиране и намалява времето необходимо за провеждане на експерименти. Основните елементи във вътрешната област на FPAA са конфигурируемите аналогови блокове (Configurable Analog Block − CAB), които се състоят от операционни усилватели, набор от програмируеми елементи и трасировъчни блокове с трасировъчни канали позволяващи връзки между различни FPAA вътрешни структури.
В обект на изследване в лаборaторното упражнение е FPAA ИС тип AN231K04 на фирмата Anadigm. Във вътрешната структура на AN231Е04 са разположени четири CAB, между които преминават трасировъчните канали, а в периферията са разположени седем програмируеми входно-изходни блокове и пропускащ регистър на конфигурационната информация.
Задачи за изпълнение:
1. Чрез адаптер да се подаде захранващо напрежение +9V към развойната платка. Ако захранването е подадено правилно разположеният върху платката светодиод D2 ще светне.
2. Чрез USB кабел да се свърже развойната платка към персонален компютър.
3. Симулационно и експериментално изследване на инвертиращ суматор.
3
|
|
а)
|
б)
|
Фиг. 1. Схема на инвертиращ суматор и реализацията му в средата на AnadigmDesigner2.
.1. Пречертайте и разучете схемата на инвертиращ суматор дадена на фиг. 1a.
3.2. Да се реализира схемата на инвертиращ суматор от фиг. 1a в средата на AnadigmDesigner2, както е показано на фиг. 1б. За тази цел стартирайте програмната среда и изпълнете следните стъпки:
-
От меню Edit -> Insert New CAM (или чрез иконата ) изберете и разположете в работното поле на програмата следните конфигурируеми аналогови модули (CAM): SumInv , OscillatorSine и Voltage.
-
Чрез двойно натискане на левия бутон на мишката конфигурирайте IO Cell1 и IO Cell2 като изходи (I/O Mode: Оutput, Оutput Type: Bypass).
-
Опроводете отделните елементи според фиг. 1.
-
Ч
Таблица 1. Работни параметри на използваните елементи.
рез двойно натискане задайте работните параметри на отделните елементи според таблица 1.
3.3. Настройка на параметрите за симулация.
-
От меню Simulate изберете Create Oscilloscope Probes (или използвайте иконата ) и разположете пробници в точките показани на фиг. 1б.
-
От меню Simulate -> Setup Simulation задайте параметри Start Time - 0 и End Time - 100us. Приемете настройките.
Стартирайте симулацията с бутон F5 (или чрез иконата ). Анализирайте симулационните резултати и в колона „Симулационни резултати” на таблица 2 попълнете посочените за измерване напрежения.
3.4. Конфигурирането на FPAA AN231E04 се осъществява чрез избор на икона . Ако конфигурацията е преминала успешно ще светне зеленият светодиод D4 на платката, в противен случай светва червеният светодиод D3.
3.5. Измерете диференциалните напреженията в изхода на генератора и в изхода на суматора и ги запишете съответната графа на колона „Експериментални резултати” от таблица 2. За да измерите диференциалното изходно напрежение в изхода на суматора свържете канал 1 на осцилоскопа към извод O1P , а канал 2 към извод O1N. От менюто MATH на осцилоскопа изберете Operation - ‘–’. Масата на осцилоскопа да се свърже към масата на макета. Аналогично измерете диференциалното изходно напрежение м/у O2N и O2P от изхода на генератора– OscillatorSine1.
3.6. За схемата от фиг. 1б задайте за инвертиращия суматор Gain 1 (UpperInput) = 0,1 и напрежение на опорния източник Negative (–2V).
3.7. Повторете симулационните и експериментални измервания и запишете резултатите в съответната графа на таблица 2.
4
Таблица 2. Симулационни и експериментални резултати.
Измервана стойност
|
Симулационни резултати
|
Експериментални резултати
|
Gain 1 - 1
Polarity : (+2V)
|
Gain 1 – 0,1
Polarity : (–2V)
|
Gain 1 - 1
Polarity : (+2V)
|
Gain 1 – 0,1
Polarity : (–2V)
|
Амплитуда и постояннотоково отместване на напрежението в изходa на генератора – UOGEN
|
|
|
|
|
Амплитуда и постояннотоково отместване на напрежението в изходa на суматор – UOGEN
|
|
|
|
|
Напрежение в изхода на опорния източник
|
|
|
Не се измерва
|
Не се измерва
|
. Реализация на FPAA преобразувател на ефективна стойност в постоянно напрежение, работещ по индиректен метод (True RMS-DC Converter).
4.1. Пречертайте и разучете схемата на преобразувател на RMS стойност в DC напрежение дадена на фиг. 2a.
4.2. Реализирайте схемата на преобразувателя от фиг. 2a в средата на AnadigmDesigner2. За целта използвайте схемата от фиг. 2б и таблица 3. Задайте типа на входно/изходните клетки както следва : Cell1 – Input, Cell2 – Input, Cell5 – Output, Cell6 – Output.
Свържете външните кондензатори CAF1 и CAF2 между изводи IO5N - I1P и IO5P - I1N, съответно.
Таблица 3. Работни параметри на CAM за RMS-to-DC преобразувател.
Наименование
|
Икона
|
Опции
|
Параметри
|
Тактови честоти
|
RectifierFilter1
|
|
Rectification: full wave
Polarity: non-inverting
|
Corner frequency [kHz]: 25
Gain: 1,00
|
Clock A: 250kHz (Clock 3)
|
Multiplier1
|
|
Sample and hold: off
|
Multiplication factor: 1,00
|
Clock A: 250kHz (Clock 3)
Clock B: 4000kHz (Clock 0)
|
Hold 1 (2)
|
|
Input sampling phase: phase1
|
няма
|
Clock A: 250kHz (Clock 3)
|
FilterBilinear1
|
|
Filter type: low-pass
Resource usage: min. Resources
Polarity: non-inverting
|
Corner frequency [kHz]: 25
Gain: 1,00
|
Clock A: 250kHz (Clock 3)
|
Divider1
|
|
Sample and hold: off
|
Divisor factor: 1,00
|
Clock A: 250kHz (Clock 3)
Clock B: 4000kHz (Clock 0)
|
FilterLowFreqBilinear2
|
|
Independent variable: External Cap Value
Polarity: non-inverting
|
External Cap Value [nF]: 1000
Gain: 1,00
|
Clock A: 250kHz (Clock 3)
|
4.3. Конфигурирайте FPAA със схемата на изследвания преобразувател, чрез избор на икона . От генератор подайте сигнал със синусоидална, триъгълна и правоъгълна форма към макета. Предварително настроите следните параметри на сигнала: постояннотоково отместване 1,5 V, амплитуда 1 V и честота 1 kHz. Подайте сигнала от генератора към извод I2P на макета, а масата на генератора свържете към масата на макета. Свържете резистор със стойност 10 kΩ между изводи I2N и VMR. Измерете изходното постоянно напрежение като свържете волтметър между IO6P и IO6N. Отчетете необходимите стойности и ги нанесете в таблица 4.
Таблица 4. Отчетени стойности за напрежението за схемата от фиг. 2б.
-
Синусоидална форма на входния сигнал,
|
Изчислена стойност
|
Измерена стойност
|
Относителна грешка
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Триъгълна форма на входния сигнал,
|
Изчислена стойност
|
Измерена стойност
|
Относителна грешка,
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Правоъгълна форма на входния сигнал,
|
Изчислена стойност
|
Измерена стойност
|
Относителна грешка,
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Преди започване на измерването да се измери изходното напрежение на грешка - UOOffset. За целта свържете входа на преобразувателя (I2P и I2N) чрез резистори 10 kΩ към VMR и с помощта на волтметър отчетете напрежението UOOffset на изхода (IO6P и IO6N).
Сподели с приятели: |