Dijital Oscilloskoplarda FPGA Teknolojisini Anlamak

Sabit eğitim setlerinin (FPGA) ile bağlantılı olarak tasarlanmış bir sayısal devrelerin bir matrisi etrafında inşa edilen yarı iletken cihazlardır. Sabit talimat kullanan mikroişlemlerden farklı olarak, FPGA donanım kumaşı paralel olarak binlerce işlemi gerçekleştirmek için yeniden yapılandırılabilir. Mühendisler VHDL veya SystemBB gibi donanım açıklama dillerini kullanarak istenen dijital devreler tanımlayabilirler.

Oscilloskop tasarımcıları için, FPGA'lar, uygulamaya özel olarak entegre devrelerin ham hızını birleştirir ve yazılımların post-manufacturing esnekliği ile çalışır.Entelatif mantık, birden fazla bağımsız işleme motorlarına vedash; bir işlem kesintisi, başka bir yönetim protokolü dekoding ve üçüncü bir koşu spektrum analizi ve akranlama işlemine izin verir; Tüm bunlar, diğer tüm veri yollarına bağlı olarak sabitlenir.

Yüksek performanslı enstrümantasyon için FPGA'lar için vazgeçilmez olan temel özellikler şunlardır:

  • [FONT:0]Masive Paralelizm: Binlerce DSP dilim ve mantık hücreleri aynı anda birden fazla veri kanal ve işleme görevi üzerinde çalışabilir, bir öznel dijital sinyal işlemcisinin aşırı sağına kadar.
  • [FONT:0)Deterministic Latency:) Çünkü operasyonlar doğrudan özel donanım yollarına uydurulmuş, işleme gecikmeleri sabit ve öngörülebilir bir şekilde ayarlanmış ve zaman ile ilgili analizler için düşünülmüşlerdir.
  • [FONT:0)Reformurability:[Dönetici:[Dönetici: 0,0)Reformurability:[Dönetici:[Dönetici: 0) Üreticiler yeni ölçüm algoritmaları, protokol decoders ve analiz rutinleri bilgisayar güncellemeler aracılığıyla genişletebilir, enstrümanın faydalı ömrünü uzatın ve gelişmekte olan standartları adapte etmeyi sağlar.
  • [FONT:0) Yüksek Hızlı Transceivers: [DFLT:1] Modern FPGAs yerli olarak çok fazla kanala doğrudan erişim için çok yüksek hızlı ADCs kullanarak JESD204B/C standartları ve yüksek bant genişliği arayüzleri destekler.

Core Performance Geliştirilmişlar FPGA Entegrasyonu

Bir FPGA'nın satın alma paradigmasını temel olarak değiştirir. İşlem için ev sahibi bir CPU'ya ham örnekleri göndermek yerine, FPGA doğrudan sinyal yolunda çalışan akıllı bir veri azaltımı ve analiz motoru olarak çalışır.Bu mimari dönüşüm, birden çok boyutta dramatik gelişmeler verir.

Yüksek Hız Data Acquisition ve Real-Time Digital Signal Processing

Modern bir dijital oscilloskopun ön uçları, ADC serisini kullanarak 100 GS /s'i aştığını ve bu verileri kabul edebilecek bir mimari gerektirir, masaya dağıtma ve örnek akışı tek bir noktaya düşmeden azaltır. FPGAS, doğrudan ADC'lerin aşağı doğru yukarı doğru koşarken, düzeltmeye ve birçok kanalda eşleşen bir diziyi yönetin.For multi-çim ADC senkronizasyonu, FPGA dağıtmaları ve ölçümlemeleri için FPGA sinyalleri dağıtır.

Veriler FPGA kumaşı içinde olduğunda, gerçek zamanlı dijital sinyal işleme hatları devralın. Polyfa filtre bankaları örnek oranları ayarlamaya karar verir, örneğin, Infiniyum V-tabiçimli frekans yanıtını telafi eder ve bu işlemdeki her zaman ayarlı bir görüntüyü azaltır. Anahtarsal teknolojiler, örneğin, Infiniyum V-tavresileri yalnızca bir şekilde indirmeye olanak sağlar.

Acelerated Waveform Math ve Parametrik ölçümler

Geleneksel oscilloskoplar, zaman, alan, frekans ve aşırı yükleme işlemi, ev sahibi CPU'da yavaş güncelleme oranlarına ve satın almalar arasında önemli ölü zaman hesaplamaları ile, bu ölçümler, satın alma işlemine dahil edilen istatistik değerleri olarak hesaplanır ve minimum, maksimum, maksimum, maksimum, ortalama ve standart sapmalar gerçek zamanlı olarak kaydedilir ve ölçüm eğilimlerine ve dağıtım histogramları, satın alma olmadan anında dağıtmaya olanak sağlar.

Özelleştirilebilir Tetikleme ve Komplek Analiz

Hassasiyet tetikleme, herhangi bir dijital oscilloskopunun nabzıdır. temel kenar tetikleyicileri, modern yüksek hızlı protokolleri ve hata bulmak teknikleri, tam örnek oranı ile işletim edilen sofistike algılama mekanizmalarıdır. FPGA tetikleyici motoru, her örnekle karmaşık bir koşullu mantığı değerlendirebilecek yüksek hızlı bir devlet makinesi olarak yapılandırılabilir.Bu, Nth kenar patlamalarına neden olan özellikleri, belirli bir seri otobüse yol açma, veya güç tedarikinde tetikleme hataları tetikleyebilir.

FPGA'da uygulanan donanım tabanlı analiz blokları şunları içerir:

  • [FONT:0)Real-Time Seri Protokolü Decode: Donanım kodlayıcıları I² için;C, SPI, CAN, Otomotiv Ethernet ve MIPI D-PHY süreci, uçta satın alma, zaman-korla ilgili paket listeleri ve protokol-aware aramaları için gecikme olmadan.
  • [[GÖRÜŞÜNCÜŞÜNÜ:0)Power Integrity Analiz:[DÜDÜT:1), geçiş kaybı hesaplaması için Algoritmalar, dürtü profilileme ve güvenli çalışma alanı analizi sürekli olarak, yeni satın almalar olarak güncelleniyor.
  • [FONT=0]Jitter ve Gürültü Ayrılığı:[Dönderlik:[Dönderlik) Yüksek hızlı seri bağlantı karakterizasyonu, milyonlarca bitten sonra göz diyagramları ve küvet eğrileri oluşturmalı. FPGA, rastgele jitter, deterministic jitter, periyodik jitter ve intersymbol müdahalesini dakikalar yerine birkaç saniye içinde gerçekleştirir.

Geliştirilmiş Karar ve Band genişle Dijital İşleme

Fiziksel ADC kararı gürültü ve yarı iletken süreç geometrisi tarafından kısıtlanır. FPGA'da uygulanan dijital işlem, 10 F /sampling ve filtreleme teknikleri ile etkili bir şekilde işlenebilir. Bir FPGA, gelişmiş 14 bitleri gözlemleyerek yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte elde edebilir.

Dijital sinyal işleme yoluyla bant genişliği, donanımın ötesindeki kaçınılmaz roll-off için telafiler telafi eder.Bu yaklaşım, yüksek zamanlı olarak 100 GHz'in ötesindeki bant genişliğine ve kanal filtrelemesine izin vermek için gereklidir.

Gerçek Dünya Uygulamaları ve ölçülebilir Faydaları

Lider oscilloskop üreticileri, ürün hatları boyunca FPGA mimarisine derinden entegre olmuş, portatif karma kanal yapılandırmalarını ve kanal başına bağımsız spektroskopları ile güvenilir spektrum analizlerini sağlamak için.Tektronix, FPGA tabanlı dijital-kontuşturucu ve gerçek zamanlı olarak FPGA-yaplama ve gerçek zamanlı olarak RTPT[tr|yasatıcı) RTPT[tr|eplikeli spektrum analizlerini kanal başına gerçekleştirmek için izin veriyor.

Teledyne LeCroy'un WavePro HD ve LabMaster 10 Zi-A, FPGA şebeke teknolojisini hızlı segment satın alma ve histogramlama, nadir lazer pul pul puls veya geçici analizler elde etmek için gerekli olan, yüksek enerji deneylerinde jitter uygular. Keysight'un UXR-B serisi FPGA şebekesi, FPGA'daki boşluksız spektrum analiz motorunu geniş bant analizlerini geniş bant genişliği üzerinde sağlamak için tamamen doğru bir analiz eder.

Araştırmada çalışan mühendisler için pratik ödeme, tasarım doğrulama ve üretim testi önemlidir:

  • [[Dönemli Ölü Zaman: [Dönemli: 0,3] FPGA işlem verileri işlem döngüsü için ev sahibi bir CPU'da beklemek yerine sürekli olarak veri depolamak, kapsamı bir milyar döngüde meydana gelen glizleri ve anomalileri yakalamak.Releksiyonlar arasında bir mikrosaniye daha az azaltılabilir.
  • [FONT=0)Accelerated Compliance Test:[Dönetici:0)[Dönetici:0)Accelerated Compliance Test:[Dönetici:0)[Dönetici:0)) Otomatik test süitleri PCIe 6.0, USB 3.2 ve Prat5 öncelikle donanımda çalışır, 30 dakikalık bir test serisini tekrarlanabilirlik geliştirirken azaltır.
  • [FONT:0) Yüksek Ölçme Güveni:[Dönem:[Dönem: 1) Gerçek zamanlı histogramlar, istatistiksel ölçümler ve maske testleri doğrudan tam çözünürlüklü satın alma verileri, kritik anomalileri gizleyen veya işlememiş örneklere güvenmeden güvenilir sonuçlar sağlar.
  • [FONT:0)Adaptable Investment:[Dönetici:[Dönetici:0) Test standartları geliştikçe, bir alan destekli bir bilgisayar güncellemesi yeni protokolleri, ölçüm algoritmaları veya işleme modları için destek ekleyebilir, sermaye yatırımını korumak ve enstrümanın faydalı hayatını yıllar boyunca uzatabilir.

Evaluating FPGA-Driven Oscilloskop Özellikler

FPGA-enhanced oscilloskoplarını karşılaştırırken, mühendisler, donanımın etkinliğini doğrudan çiğnen temel özelliklerle elde ettiklerinde, nadir olayları yakalama olasılığıyla dramatik bir şekilde artırılabilir.Gruplama işlemi, veri satın almaması gereken ilk göstergedir.Fort FPGA boru hatlarının% 0.5'i yakalamak için% 1 milyon dalgaformunu elde edebilir.

ENOB DR through DSP filter is another critical metric. A scope that can effective solution by 2-3 bits through FPGA tabanlı averating and filter providesing a more expensive ADC., the number ofcurrent real-time ölçümler ve matematik işlevleri aynı zamanda FPGA kaynak tahsisinin doğrudan bir yansımasıdır. adanmış DSP dilimleri ile ilgili siteler onlarca parametrik ölçümler olmadan üstün sinyal görselleştirmeyi yapabilir ve FFT analizi olmadan aynı anda tam bir şekilde onaylayabilir.

FPGA-Based Oscilloskop Tasarımlarında Meydanlar

Açık performans avantajlarına rağmen, dijital oscilloskop'da bir FPGA'yı gömmek, güvenilir, maliyet-malzeme aletlerini anlamak için ele alınması gereken önemli mühendislik zorlukları tanıtmaktadır.

Tasarım Kompleksi ve Firmaware Development

Çok yönlü veri akışlarını, yüksek çözünürlükte sabit zamanlama ile çalışan FPGA donanımını oluşturmak, hızlı dijital tasarım, saat alanı geçiş ve sinyal bütünlüğü yönetimi gerektirir. Tasarım, bu yazılımın karmaşıklığını ve dijital işlemeyi gerektiren birçok şeyi doğru bir şekilde entegre etmek için JESD204B ADCs, yüksek bant genişliği bellek kontrolörleri ile bağlantı kurmak ve bağlantı kurmak için genellikle bu yazılımın karmaşıklığını sağlamak için çok sayıdaki donanıma sahip olmak gerekir.

Termal ve Mekanik Kıtlar

Yüksek uç FPGA'lar ciddi işleme gücü üretmek, hassas analog ön uçları etkileyen karmaşık bir mekanik meydan okumadır, bu yüzden tasarımcılar bir tezgah veya rafa oturmak için tasarlanmış kompakt bir şapel içinde ısıtılmalıdır.

Maliyet ve Skilled Personel

Üst düzey SoC FPGA'lar yüksek hızlı transceivers'ler pahalı bileşenlerdir, bazen bir oscilloskop için toplam malzemelerin önemli bir kısmını temsil eder.Daha düşük seviyeli cihazlar için, maliyet etkisi, üreticilerin FPGA kapasitesi ve fiyat noktası arasındaki sıkı ticaret yapmalarını zorlaştırabilir. FPGA gelişimi, beceri ve yeteneğe sahip olan tüm malzemelerin bir kombinasyonunu gerektirir; bilgisayar mühendisliği, dijital sinyal işleme teorisi ve HDL yeterlilik ve HDL yeterlilik ve bakım araçları; işe alım ve tutmaları zor olabilir.

Trendler ve Gelecek Yolları

FPGAs ve dijital oscilloskoplar arasındaki ilişki hızla gelişmeye devam ediyor, birkaç önemli trend daha sonraki nesil aletlerin yeteneklerini yeniden tanımlamak için hazırlanıyor.

Akıllı Analiz için Makine Öğrenme Entegrasyonu

Modern FPGAs, sabitlenmiş AI hesaplama blokları ve yüksek çözünürlükte DSP dilimleri matrix multiplikasyon işlemleri için optimize edilmiş hale getirir.Bu, hafif sinir ağları doğrudan oscilloskop'ın satın alma yoluna dahil edilmesini sağlar.Bir kapsamı, sinyal davranışının gerçek zamanlı analizlerine dayanan potansiyel protokolleri otomatik olarak sınıflandırabilir veya sinyal davranışının uyarlanmasını sağlar.[değiştir | kaynağı değiştir]

Dağıtılmış Test ve Bulut Bağımlılığı

Test ortamları, tasarım merkezleri ve sözleşme üreticileri arasında küresel olarak dağıtılırken, FPGA-güçlü oscilloskoplar, verileri yerel olarak önceden analiz edebilir ve sadece ilgili metrikleri, sıkıştırılmış dalgaform segmentleri veya otomatik test dizilerine katılmak, merkezi bir platformdan gelen ağ bant genişliği gereksinimleri azaltır ve entegre edilmiş bir ARM uygulama işlemcileri ile birlikte Linux çalıştırılır.

Heterojen bütünleşme ve Gelişmiş Ambalaj

FPGA satıcılar, gelişmiş 3D-IC teknolojileri kullanarak tek bir paket içinde analog ve dijital işlevleri entegre etmeye çalışıyor.Yüksek performanslı ADCs ve FPGA'lar çoğunlukla bugün, AMD'nin çöpe konan silikon Interposer ve Intel'in EMIB gibi teknolojiler, daha önce hassas veri dönüştürücüleri ve yoğun mantık arasındaki büyük paralel bağlantıya izin veriyor.

Open-Kaynak FPGA IP for Custom Instrument Design

Açık kaynak FPGA entelektüel mülk çekirdeği ve mevzileri; FFT motorları, KURUMSAL RTL projeleri, dijital alt-konverterler ve protokol dekoleticileri ve protokollerin serbest bırakılması; özel araç tasarımı için giriş bariyerini azaltır.Bu demokratikleşme, niş alanlara göre uygun bir çözüm oluşturabilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Dijital oscilloskoplarla FPGA teknolojisi entegrasyonu, geleneksel mimarilerin, karmaşık gerçek zamanlı sinyal işleme hatlarının uygulanması ve 5G NR, PCIe 6.0 ve otomotiv radarı dahil olmak üzere alanlarda aktif, akıllı analiz ortağı olarak çalışan birime hız kazandırıyor.