FPGA-Integrated ADCs

דחיפה חסרת פשרות כלפי מערכות אלקטרוניות קטנות יותר, מהירות יותר, יותר מתאימות הפכה את השילוב של ממירים אנלוגיים-דיגיטליים (ADCs) ישירות לתוך מערך השערים הניתנים להתאמה (FPGAs) לפיתוח טרנספורמטיבי.באופן מסורתי, מערכות איסוף נתונים שכללו שבבים ADC תקשורת עם FPGA או מעבדים על פני אוטובוס דיגיטלי, הוספת שטח, צריכת חשמל, ואמינות באותה רמה של קומפקטית של קומפקטית של קומפקטית, יכול היה להשיג את אותה רמה קומפקטית של קומפקטית או קומפקטית של קומפקטית של קומפקטית של קומפקטית של קומפקטית של קומפקטית של קומפקטית של קומפקטית של קומפקטית של קומפקטית של קומפקטית של קומפקטית של קומפקטית של קומפקטית של שבבים או קומפקטית של קומפקטית של קומפקטית של קומפקטית של קומפקטית של קומפקטית של קומפקטית של קומפקטית, כמו קומפקטית של קומפקטית של קומפקטית של קומפקטית של שבבים, או קומפקטית, אשר הייתה מסוגלת להשיג בעבר קומפקטית של קומפקטיות, כמו קומפקטית קומפקטית של קומפקטית

(הופנה מהדף ADCs משלב את יכולות העיבוד הגמישות והמקבילות של FPGA עם היכולת לטעום אותות אנלוגיים אמיתיים בעולם ישירות.אינטגרציה זו מבטלת חיבורים חיצוניים, מפחיתה את הגמישות, ומאפשרת יצירת יישומים מותאמים ביותר, צינורות איסוף נתונים, כגון דרישות המערכת צומחות יותר תובעניות בתחומים כגון FLT:0wireless CommunicationsFalrated, ד"ר: 4Fer

היתרונות העיקריים של Embedding ADCs Inside FPGAs

עיצוב קומפקטי ויציבות חלל

inte PCBing ADCs בתוך חבילת FPGA מפחית באופן דרסטי את טביעת הרגל הפיזית של מערכת איסוף נתונים.במכשירים ניידים ומוטבעים - מ מנתחי ספקטרום ידני ועד צמת חיישן מבוסס רחפנים - כל מילימטר רבוע ספירה.על ידי הסרת שבבי ADC נפרדים, תמיכה רכיבים הפיכה פסיביים (למשל, מתחים התייחסות, מסננים נגדיות), ואת הגרסאות הבין-מקושרות, מהנדסים, יכול גם להפחית את הגמישות המקררת של 300% או הנקה באופן כללי יותר.

חוסר התאמה להגדרה מחדש

FPGAs הם reprogrammable מטבעם, וכאשר ADC הוא חלק מאותו סיליקון, שרשרת האות כולה הופכת להיות reurable על העוף. Designers יכול לשנות את קצב הדגימה, החלטה, מתגי ערוצים, או מאפיינים דיגיטליים-פרופיל ללא שינוי חומרה.לדוגמה, לוח נתונים מבוסס FPGA יכול לשרת ב- multimodemo מערכת בין מצבי הדמיה מהירים (retralyerative) פשוט תמיכה רוחב פסטורל-pup-up-upal).

עיבוד מהיר בזמן אמת

מכיוון שה- ADC מחובר ישירות לדיגת המידע של FPGA באמצעות אוטובוסים מקבילים מהירים (לעתים קרובות פועל בשיעורים רב-ג'יגהביט), צוואר הבקבוק של העברת נתונים מחוץ ל- FPGA מחוספס. FPGAs יכול לעמוד בקצב סימפטינגי בו זמנית במאות מגה-מדגמים לשנייה (MS) תוך ביצוע עיבוד אותות דיגיטליים מורכבים (DSP) – כגון Digital down-conversion, 4DS מהיר יותר, כלומר, כלומר, אותות אנלוגיים, כגון קודמוגדריים, כגון , עם יכולת רדיואקטיבית-DS מוגדרת, או דיפלומה, עם יכולת סימולציה דיגיטלית, כלומר, עם , עם סימולציה דיגיטלית, כגון סימולציה דיגיטלית, כלומר, כלומר, כלומר, עם יכולת מפונקטיביתמטיתמטית, עם , עם יכולת סימולציה דיגיטלית, עם יכולת , עם , עם סימולציה גבוהה יותר, עם , עם , עם סימולציה של קרינה מתקדמת, עם מפונקטיבית, עם מפונקטיבית, עם סימולציה דיגיטלית, עם סימולציה גבוהה יותר, כגון סימולציה של קרינה מתקדמת, כגון סימולציה של קרינה מתקדמת, כגון סימולציה, כגון סימולציה של קרינה מהירה יותר, כלומר, כגון קרינת רדיו-

צמצום הסבלנות ושיפור האחריות

בעיצובים דיסקרטיים, הנתיב מפלט ADC ל-FPGA כולל I / O buffers דיגיטלי, משמרות ברמת, ועקבות לוח ארוכות, הוספת כמה ננו השניות לעשרות ננו השניות של עיכוב.עבור מערכות בקרה סגורות או זיהוי אירוע בזמן אמת, אפילו כמה ננו-שניים יכולים להפיג ביצועים.

דיסיפוציה של כוח נמוך במערכת

למרות ש- ADC עצמו עשוי לצרוך כוח דומה בין עמידה או משולבת, כוח המערכת הכולל טיפות כי פחות במהירות גבוהה I / O נהגים נדרשים. מקבילה מסורתית או ממשקי LVDS בין דיסקרטי ADCs ו- FPGAs לשרוף כוח משמעותי - לעתים קרובות 100-300 מ"מ לקישור סידורי ב- Multi-gabit. על ידי שילוב של ADC, כל תקשורת בין-ידי הפרעה נספגת ל- 20-C.

יישומים חדשים בצורת FPGA-Integrated ADCs

תקשורת אלחוטית ורדיו מבוסס תוכנה

חזית הרדיו של תחנת בסיס מודרנית או רדיו טקטי חייב להתמודד עם מספר להקות תדר, תוכניות מודולציה, רוחב פס. FPGA-integrated ADCs לספק את טווח דינמי גבוה וקצב דגימה הדרוש כדי לדיגיטל כל ספקטרום רחב ישירות.לדוגמה, FPG-R-R-SDC משולב ללא מכשיר RF שילינקס ®SoC יכול ללכוד 1-GHz, המאפשר עיבוד דיגיטלי של חומרהמתק 5G מחדש (ה-G-D) באופן מלא, כלומר, כלומר, מערכת ההפעלה מחדש של חומרהחומרהחומרהחומרה-DDC המשולבת ה-R-R-DDC המשולבת ה-R) משולבת (DDC המשולבת ה-R-R) משולבת לתוך מכשיר ה-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R) המשולבת-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-R-GDC המשולבתאמת לחלוטין, אשר מופעלתאמת מחדש של מכשיר ה-R-R-R-R-

בדיקות רפואיות ובדיקות בריאות לביש

אולטרסאונד , X-ray ו- MRI מקלטים נהנים מטביעת הרגל הקומפקטית של ADCs-integrated ADCs. במערכות אולטרסאונד, מערך של אלמנטים אדזואלקטריים מייצר הדים אנלוגיים שיש לדגום ברזולוציה גבוהה (12-14 ביטים) וניתן לסווג עם דחיסות זמן מדויקת. FPGA עם מספר ADCs משולבים יכול להתמודד עם כל רכישה, ביצוע אמיתי-אמת-amforming בתוך תהליך זהה-Ded-D.

מחקר מדעי ו-Precision Instruments

פיזיקה ניסיונית, ספקטרוסקופיה ו סיאולוגיה לעתים קרובות דורשים רכישת נתונים ממאות או אלפי חיישנים בו זמנית. FPGA-integrated ADCs להציע פתרון משכנע כי משאבי ההיגיון יכולים ליישם זמן הדגימה, מעורר, והפחתה של נתונים על אותו שבב.לדוגמה, LIGO ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

אוטומציה תעשייתית, חשמל אלקטרוניקה ורשתות חיישן

בקומות המפעל ו ניטור אנרגיה, ניתוח בזמן אמת של תחזוקה חיזויית, רטט וטמפרטורה הוא קריטי. FPGA-integrated ADCs מאפשר ניטור בתדר מהיר, רב- צירים עבור תחזוקה חיזוי - כל חיישן node מכיל FPGA כי דגימות אנלוגיה של מחסנים, מכווץ FFTs, ומתקשר רק אזהרות על פני אנת'רנטגן תעשייתית (R) של רשתות בקרה אולטרה-טרנטיבות).

מערכות רכב ואלקטרוניקה

כלי רכב מודרניים מסתמכים על חיישנים מרובים - מצלמות, LiDAR, מכ"ם, קול. FPGA-integrated ADCs משמשים יותר ויותר במודולים לעיבוד הקדמי של מערכות ניהול מתקדמות (ADAS) לדוגמה, ספרות ליד-הידועה לידזה מפצה את הדופק לייזר משתקף באמצעות ADCs גבוה; ה-FPGA מבצע את שיאומשימתו, גילוי וגילוי עצמי מסייע ל-Regation-Regation in the Small-Regation-Refectation-Refectation in the Small-ADCs.

אתגרים לOvercome

ניהול תרמי ופירוק חום

הגדלת כוח-hungry ADC בלוקים לצד FPGA גבוהה יכול ליצור כתמים חמים מקומיים על ימות. המעגל האנלוגי של ADC רגיש לסחף טמפרטורה, אשר יכול לדרג לינאריות ויחס אותות להשוואה.פתרונות יעילים - כגון תרמי באמצעות, כיור, חום, או קירור פעיל - להיות חובה בדגמי הדגימה גבוהה ו -2, כמו אינטגרציה דיגיטלית, כמו גם אינטגרציה מתקדמת.

צריכת חשמל ב High-Bandwidth Modes

בעוד שכוח ברמת המערכת לעתים קרובות יורד, צריכת האנרגיה המוחלטת של ADC במהירות גבוהה (למשל, > 1 GSPS) יכולה להיות 1–3 W לערוץ. כאשר מוכפלת במספר ערוצים, זה יכול להדגיש את רשת האספקת החשמל של FPGA. מעצבים חייבים לשמור בזהירות את כוח התקציב, להשתמש בטכניקות קידוד כוח, ובחירת שילובי FPGA-C מתאימים לביצועים של דרישות נמוכות יותר של ASAR (כגון מהירויות של זמן משולבות) למהירויות גבוהות יותר של יעילות (aSAR).

מורכבות עיצוב ומיזוג מעורבים

עבודה עם FPGA-integrated ADCs דורשת מומחיות בתחומים אנלוגיים ודיגיטליים.החזית האנלוגית חייבת להיות מחוסמת כראוי מרעש ההחלפה הדיגיטלי של הבד FPGA - משימה הדורשת סימולציה קפדנית ושיטות פריסה זהירה.כלים עבור שילוב של מודל ADC עם RTL דיגיטלי הם פחות בוגר מאשר אלה עבור עיצוב FPGA דיגיטלי טהור, הצבת נטל על קבוצות למידה רבות עכשיו.

אנליסטים מבצעים מסחר

Integrating ADCs על תהליך דיגיטלי-אופטימי (typical for FPGAs) פירושו הביצועים האנלוגיים עשויים לא להתאים את זה של ADC ייעודי המוטבע על תהליך ידידותי אנלוגי node. Parameters כגון מספר יעיל של ביטים (ENOB), טווח דינמי ללא עוררין (SFDR), ואת הלינימיות שונה (DNL) הם לעתים קרובות מעט יותר גרועים עבור ADC משולב עם רמות דיוק קצר, אם כי הוא עדיין נמוך.

עלויות הכפלות

FPGAs עם ביצועים גבוהים יותר ADCs לכבוש אזורי מוות גדולים יותר ולהשתמש אריזה יקרה יותר, וכתוצאה מכך עלויות יחידה גבוהה יותר מאשר FPGA נפרד, בעלות נמוכה יותר בתוספת ADC. ניתוח עלות-תועלת תלוי בנפח: עבור מוצרים גבוהים, מוצרים קומפקטיים (למשל, מצלמות קצה AI, מודולים SDR), האינטגרציה יכולה להפחית את העלות הכוללת על ידי חיסול מרכיבים חיצוניים ופשט, עדיין יכול להיות פתרונות דיסקרטיים גבוהים יותר.

כיוונים עתידיים ומגמות מתפתחות

אינטגרציה גבוהה יותר ו- Multi-Channel ADCs

יצרני FPGA ממשיכים להגדיל את מספר הערוצים ADC המשולבים על אחד למות.הדור הבא של מכשירים צפוי להטביע 16 או יותר במקביל דגימת ADCs, המאפשר אנטנה בשלב של קרינה, תקשורת מסיבית MIMO, והיתוך רב-רגיש ללא מספרxers חיצוניים. משולב עם אריזה מתקדמת (למשל, ארכיטקטורות שבבים באמצעות חיבורים גבוהים), אז אנחנו רואים אינטגרציה דיגיטלית שונה עבור חלקים אופטיים יחד.

Machine Learning on the Edge with Integrated ADCs

בעוד ש- AI inference נעה אל הקצה, היכולת לדגום אותות אנלוגיים ולבצע אלגוריתמים למידת מכונה באותה FPGA הופכת להיות חזקה. לדוגמה, חיישן רטט עם ADC מכוונת FPGA יכול להפעיל רשת עצבית קלה כדי לזהות תקלות נושא בזמן אמת, לשדר רק אזהרות חד-משמעיות.

Instrumented Software and Virtualization

FPGA-integrated ADCs מאפשר את הרעיון של "כלי מוגדר תוכנה" - פלטפורמה חומרה אחת שיכולה להפוך oscilloscope, מחולל אותות, ספקטרום, או מנתח לוגיקה בהתאם לתצורה המוטענת. גמישות זו כבר ממוסחרת בפלטפורמות קוד פתוח SDR וציוד בדיקה מודולרי.בעתיד, כלי מבוקר ענן עשוי להשתמש בהגדרה מחדש של FPGAAD כדי לספק אותות רחבים של לוח מדידה מרחוק.

שיפור יעילות הכוח והתהליך המתקדם

המעבר לנקודות תהלוכות קטנות יותר (למשל, 7 nm, 5 nm) הטבות הן צפיפות לוגיקה דיגיטלית וביצועים אנלוגיים. FinFET ו-שער-כל הטרנסיסטורים מקטינים את הרעש ומאפשרים שיעור הדגימה גבוה יותר בעוצמה נמוכה יותר.מחקר בערימה 3D מבטיח גם לערבב תהליך אנלוגי עם שכבת אבטחה דיגיטלית, שובר את ביצועי המסחר שמשלבים כיום את ה-ADCSgtexts כדי לצפות ב-F-FD-FBSg-FSg-FSteBOFBOFSERCERCERCERCERCERCERCERCERCERSERSERSERSERSERCERCERSERSERSERSERSERD רזולוציה גבוהה עם רמה גבוהה של 15 רזולוציה גבוהה עם רמה גבוהה של 15 , עם רמה גבוהה של 15.

סטנדרט וצמיחה אקולוגית

(ה) להפחית מורכבות עיצוב, בלוקים IP המסופקים על ידי ספק עבור ADC שליטה, קלבציה, ואריזות נתונים הופכים להיות מתוחכמת וידידותית יותר למשתמש.יוזמה כגון:0Xilinx Analog המעורב-Signal (AMS) מערכת ההפעלה XiveFLT:1 ו-FLT:2In® FPGACLT 3 מציעות מוכנות לשימוש ב-Aware באמצעות מערכת הפעלה קומפקטית (OD) של מערכת ההפעלה ה-ALT5d) PGL (OL) PGD) FPLT5 (OL) , לדוגמה, FPLTXL) FPGAD.

מסקנה

FPGA-integrated ADCs מייצג התכנסות של מהירויות גבוהות של sampling, לוגיקה ניתנת להגדרה מחדש, ו miniaturization כי הוא לעצב מחדש את הנוף של איסוף הנתונים.מבדיקות רפואיות קומפקטיות לרדיו המוגדרים תוכנה רחבה, הם מציעים יתרונות מוחשיים בגודל, שקיפות, ועיצוב גמישות כי לעתים קרובות עולה על האתגרים הנותרים של ניהול תרמי וביצועים כמו תהליכי ייצור, אינטגרציה, לשפר את התקני ADC רבים, אשר הם לשפר את המתקדמים, אשר הם לפתח פתרונות קומפקטיים.