PUE-w10 1

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 2

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 3

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 4

Analogowy układ programowalny EPAC-IMP50E10

VSSVDD Probe SLO

SDI

SCLK

SLI

ClkPDbAuxInnAuxInp AuxOut

-+

AuxAmp

Power_Down_Control

G

Clock

N 1

Security

Out3

Out2

OutAmpH

2

0V

15k Hz+

-

OutAmpG

2

0V

15k Hz+

-

Out1

OutAmpF

2

0V

15k Hz+

-

Dac_F

0.0 mV

Dac_H

0.0 mV

Dac_G

0.0 mV

SumAmpE

1+

+

CoreAm pD

1111

+

CoreAm pC

1111

+

InpAm pB

0.515KHz

InpAm pA

0.50.50.50.5

++

Offset

0.0 mV0.0 mV0.0 mV0.0 mV

LPF

1 5kHz 1 5Khz

1 5kHz

1 5kHz

In9p

In9n

InpMux

In1p

In1n

In8n

In8p

D

G/Z

PUE-w10 5

EPAC-IMP50E10 - multiplekser z oknem konfiguracyjnym

PUE-w10 6

EPAC-IMP50E10 - filtry wejściowe

PUE-w10 7

EPAC-IMP50E10 - moduł offsetu

PUE-w10 8

EPAC-IMP50E10 - wzmacniacz wejściowy InpAmpB

PUE-w10 9

EPAC-IMP50E10 - okna dialogowe wzmacniaczy C, E

PUE-w10 10

wzmacniacz F skonfigurowany jako S&H

PUE-w10 11

Okna programowe wzmacniaczy wyjściowych

PUE-w10 12

EPAC -IMP50E10 - generator wewnętrzny

PUE-w10 13

EPAC -IMP50E10 - zapezpieczenie dostępu

PUE-w10 14

EPAC -IMP50E30 - schemat ogólny

VSSVDD

____POR

____RST PROBE SLO

SLI___

SCLK

SDI

____PD

PowerClock

Clk

500kHz

H

WatchDog

12

39

68.1ms

12

39

6

WDI WDO___

Trim

-+2.5V

In-In+Trim Out

AuxAmp

Security

Trip

_____Status

SDO

LoTrip

Dac: Low Thresholds

CompLowDacLow

G1: 0.00 VG2: 0.00 VG3: 0.00 VG4: 0.00 V

G5: 0.00 VG6: 0.00 VG7: 0.00 VG8: 0.00 V

Group Gains0.5

InpAmp

0.50.50.5

0.50.50.50.5

ISource

LPF

Corner freq.

845 kHz845 kHz845 kHz845 kHz845 kHz845 kHz845 kHz845 kHz

Run/Trigger

MuxControl

SingleCOM12us

Attenuator InpMuxIn5

In2

In1

In6

In10

In9

In8

In7

In4

In3

In12

In11

In14

In13

In16

In15

S

ON

ON

ON

ON

PUE-w10 15

EPAC -IMP50E30 - multiplekser wejściowy

PUE-w10 16

EPAC -IMP50E30 - blok sterowania multipleksera

PUE-w10 17

EPAC -IMP50E30 - wzmacniacz wejściowy

PUE-w10 18

EPAC -IMP50E30 - filtr wejściowy

PUE-w10 19

EPAC -IMP50E30 - komparator z sygn. stanu niskiego

PUE-w10 20

EPAC -IMP50E30 - komparator okienkowy

PUE-w10 21

EPAC -IMP50E30 - przetwornik A/C

PUE-w10 22

EPAC -IMP50E30 - wzmacniacz pomocniczy

PUE-w10 23

EPAC -IMP50E30 - układ taktujący (zegar)

PUE-w10 24

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 próbkująco-pamiętającego) 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 25

Przykłady zadań realizowanych za pomocą układów EPAC

µP (µC)

+5V

U4MP4

MP3

U3

U1MP1

U2MP2

UkMK

EPAC (-50E10)Ain

I/O

µP (µC)

+5V

U4MP4 U4MP4

MP3

U3

U1MP1 U1MP1

U2MP2 U2MP2

UkMK UkMK

EPAC (-50E10)Ain

I/O

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 próbkująco-pamiętającego) o zakresie pomiarowym: +0.5V .. +4.5V.

PUE-w10 26

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- taw

U1min (mV)

U1max (mV)

fg1 (Hz)

U2min (mV)

U2max (mV)

fg2 (Hz)

U3min (mV)

U3max (mV)

fg3 (Hz)

U4min (mV)

U4max (mV)

fg4 (Hz)

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 27

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 28

Przykłady zadań realizowanych za pomocą układów EPAC

Dopuszczalne zakresy napięć wyjściowych urządzeń UP1..UP4 zes- taw

U1min (mV)

U1max (mV)

U2min (mV)

U2max (mV)

U3min (mV)

U3max (mV)

U4min (mV)

U4max (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- taw

U1min (mV)

U1max (mV)

fg1 (Hz)

U2min (mV)

U2max (mV)

fg2 (Hz)

U3min (mV)

U3max (mV)

fg3 (Hz)

U4min (mV)

U4max (mV)

fg4 (Hz)

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