현장 프로그래밍 가능한 아날로그 배열

Field-programmable analog array

FPAA(Field-Programmable Analog Array)는 CAB(Computer Analog Block)[1][2]와 이 블록들 간의 상호연결이 포함된 집적회로기기로, 필드-프로그래밍 가능성을 제공한다. 디지털 사촌인 FPGA와는 달리, 이 장치는 전류 모드 또는 전압 모드 장치일 수 있기 때문에 일반적인 용도보다 더 많은 응용 프로그램을 구동하는 경향이 있다. 전압 모드 소자의 경우, 일반적으로 각 블록은 수동 구성 요소의 프로그래밍 가능한 구성과 결합하여 작동 증폭기를 포함한다. 예를 들어 블록은 여름이나 통합자 역할을 할 수 있다.

FPAA는 보통 연속 시간과 이산 시간의 두 가지 모드 중 하나로 작동한다.

  • 이산 시간 장치에는 시스템 샘플 시계가 있다. 스위치 커패시터 설계에서 모든 블록은 반도체 스위치와 커패시터로 구성된 샘플 및 홀드 회로를 사용하여 입력 신호를 샘플링한다. 이것은 다른 많은 블록으로 라우팅될 수 있는 프로그램 가능한 op 앰프 섹션을 공급한다. 이 설계는 좀 더 복잡한 반도체 건설을 필요로 한다. 다른 개폐 전류 설계는 보다 간단한 구조를 제공하며 입력 캐패시터를 필요로 하지 않지만 정확도가 낮으며 팬 아웃이 낮으므로 다음 블록 하나만 주행할 수 있다. 두 이산 시간 장치 유형은 모두 설계 단계 동안 전환 노이즈, 시스템 샘플링 속도로 앨리어싱 및 샘플링 속도 제한 대역폭을 보상해야 한다.
  • 연속 시간 장치는 최대 대역폭에서 작동할 수 있는 일련의 트랜지스터 또는 op 암페어처럼 작동한다. 구성 요소는 구성 가능한 스위치 배열을 통해 특정 배열로 연결된다. 회로 설계 시 스위치 매트릭스의 기생 인덕턴스, 캐패시턴스 및 노이즈 기여도를 고려해야 한다.

현재 FPAA의 제조사는 거의 없다. 온칩 자원은 FPGA와 비교할 때 여전히 매우 제한적이다. 이러한 자원적자는 종종 연구자들의 연구의 제약요인으로 언급된다.

역사

LYAPUNOV-1은 4x8 그리드의 FPAA 칩을 사용한다.

FPAA라는 용어는 1991년 이 대통령과 굴락이 처음 사용하였다.[3] 그들은 라우팅 네트워크를 통해 연결되고 디지털로 구성된 CAB의 개념을 내세웠다. 그[4] 후, 1992년과[5] 1995년에 그들은 op-amps, 캐패시터 및 저항기를 포함하면서 개념을 더욱 상세하게 설명했다. 이 원래의 칩은 1.2 µm CMOS 기술을 사용하여 제조되었으며, 80 mW의 전력 소비량으로 20 kHz 범위에서 작동한다.

피에르찰라 등은 전자 프로그래밍 가능한 아날로그 회로(EPAC)라는 유사한 개념을 도입했다.[6] 그것은 오직 하나의 통합자를 특징으로 했다. 그러나 그들은 대역폭 제한을 피하기 위해 로컬 상호연결 구조를 제안했다.

재구성 가능한 아날로그 신호 처리기(RASP)와 두 번째 버전은 홀 외 에 의해 2002년에 도입되었다.[7][8] 이들의 설계는 두 번째 순서 대역 통과 필터와 4x4 벡터 매트릭스 승수와 같은 높은 수준의 요소를 CAB에 통합했다. 아키텍처 때문에 약 100kHz로 제한되며 칩 자체는 독립적인 재구성을 지원할 수 없다.

2004년에 조아힘 베커는 OTA의 병렬 연결을 집어들고 육각형 국소 상호연결 아키텍처에서 사용을 제안했다.[9] 그것은 라우팅 네트워크를 필요로 하지 않았고 주파수 응답을 향상시키는 신호 경로의 전환을 제거했다.

2005년에 Fabian Henrici는 Joachim Becker와 협력하여 최대 FPAA 대역폭을 두 배로 증가시키는 전환 가능하고 변환 불가능한 OTA를 개발했다.[10] 이러한 협업으로 인해 0.13 µm CMOS 기술로 최초로 FPAA가 제조되었다.

2016년 조지아 공대의 제니퍼 하슬러 박사는 아날로그 기술을 사용하여 전례 없는 전력과 크기 감소를 달성하는 칩에 FPAA 시스템을 설계했다.[11]

참고 항목

참조

  1. ^ Hall, Tyson; Twigg, Christopher; Hassler, Paul; Anderson, David (2004). "APPLICATION PERFORMANCE OF ELEMENTS IN A FLOATING–GATE FPAA". IEEE-Iscas 2004. II: 589–592.
  2. ^ Baskaya, F.; Reddy, S.; Sung, Kyu Lim; Anderson, D.V. (August 2006). "Placement for large-scale floating-gate field-programable analog arrays". IEEE Transactions on VLSI Systems. 14 (8): 906–910. doi:10.1109/TVLSI.2006.878477. S2CID 16583629.
  3. ^ "A CMOS Field-programmable analog array," Solid-State Circuits". doi:10.1109/4.104162. {{cite journal}}: Cite 저널은 필요로 한다. journal= (도움말)
  4. ^ "Field programmable analogue array based on MOSFET transconductors". S2CID 15702616. {{cite journal}}: Cite 저널은 필요로 한다. journal= (도움말)
  5. ^ Lee, E.K.F.; Gulak, P.G. (1995). "A transconductor-based field-programmable analog array". A transconductor-based field programmable analog array. pp. 198–199. doi:10.1109/ISSCC.1995.535521. ISBN 0-7803-2495-1. S2CID 56613166.
  6. ^ Pierzchala, E.; Perkowski, M.A.; Van Halen, P.; Schaumann, R. (1995). "Current-mode amplifier/Integrator for a field-programmable analog array". Current Mode amplifier/integrator for field programmable analog array. pp. 196–197. doi:10.1109/ISSCC.1995.535520. ISBN 0-7803-2495-1. S2CID 60724962.
  7. ^ Hall, Tyson S.; Hasler, Paul; Anderson, David V. (2002). "Field-Programmable Analog Arrays: A Floating—Gate Approach". Field Programmable Analog Arrays: A Floating-Gate Approach. Lecture Notes in Computer Science. Vol. 2438. pp. 424–433. doi:10.1007/3-540-46117-5_45. ISBN 978-3-540-44108-3. S2CID 596774.
  8. ^ Hall, T.S.; Twigg, C.M.; Gray, J.D.; Hasler, P.; Anderson, D.V. (2005). "Large scale field programmable analog arrays for analog signal processing". IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers. 52 (11): 2298–2307. doi:10.1109/TCSI.2005.853401. S2CID 1148361.
  9. ^ ".,"A continuous-time field programmable analog array (FPAA) consisting of digitally reconfigurable GM-cells". CiteSeerX 10.1.1.444.8748. {{cite journal}}: Cite 저널은 필요로 한다. journal= (도움말)
  10. ^ "A Continuous-Time Hexagonal Field-Programmable Analog Array in 0.13 µm CMOS with 186MHz GBW". CiteSeerX 10.1.1.444.8748. {{cite journal}}: Cite 저널은 필요로 한다. journal= (도움말)
  11. ^ "A Programmable and Configurable Mixed-Mode FPAA SoC, Jennifer Hasler et al., Georgia Tech., January 7, 2016". doi:10.1109/TVLSI.2015.2504119. S2CID 14027246. {{cite journal}}: Cite 저널은 필요로 한다. journal= (도움말)

외부 링크