5 Програмируеми аналогови матрици (Field Programmable Analog Arrays –fpaa). Приложения



Дата19.07.2017
Размер88.43 Kb.

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.

    Наименование

    Икона

    Опции

    Параметри

    Тактови честоти

    SumInv1



    Input 3 - Off

    Opamp Chopping – неактивeн



    Gain 1 (UpperInput) - 1 Gain 2 (LowerInput) - 1

    Clock A: 4000kHz (Clock 0)

    OscillatorSine1



    Opamp Chopping – неактивeн

    Osc. Frequency [kHz] – 200

    Peak Amplitude [V] – 0.5



    Clock A: 4000kHz (Clock 0)

    Voltage 1



    Polarity : Positive (+2V)

    няма

    няма

    IOCell 1,2



    I/O Mode: Оutput

    Оutput Type: Bypass

    няма



    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.



frame4

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, амплитудаV 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).





База данных защищена авторским правом ©obuch.info 2016
отнасят до администрацията

    Начална страница