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Micron Document

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<title>Field Programmable Analog Array</title>

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<h1 id="firstHeading" class="firstHeading mw-first-heading"><span class="mw-page-title-main">Field Programmable Analog Array</span></h1>

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<div id="mw-content-text" class="mw-body-content mw-content-ltr" lang="de" dir="ltr"><div class="mw-content-ltr mw-parser-output" lang="de" dir="ltr"><p>Eine <b>feldprogrammierbare Analoganordnung</b> (<b>FPAA</b>, engl. <span lang="en"><i>field programmable analog array</i></span>) ist eine frei programmierbarer <a href="Analogtechnik" title="Analogtechnik">analoge</a> <a href="Elektrische_Schaltung" title="Elektrische Schaltung">elektrische Schaltung</a>, konstruiert nach dem Vorbild der <a href="FPGA" class="mw-redirect" title="FPGA">FPGAs</a>.

</p><p>Ein FPAA besteht aus einer Matrix von konfigurierbaren analogen Blöcken (engl. für <span lang="en"><i>configurable analog block</i></span>, CAB). Mit einem CAB lassen sich verschiedene analoge Grundschaltungen wie <a href="Filter_(Elektronik)" class="mw-redirect" title="Filter (Elektronik)">Filter</a> oder <a href="Verst%C3%A4rker_(Elektrotechnik)" title="Verstärker (Elektrotechnik)">Verstärker</a> realisieren. Eine <a href="Logische_Schaltung" class="mw-redirect" title="Logische Schaltung">logische Schaltung</a> dient zum Herstellen der notwendigen Verbindungen innerhalb und zwischen den CABs. Analoge Ein- und Ausgänge stellen die Verbindung zur Außenwelt her. Die Konfiguration erfolgt über digitale Ein- und Ausgänge, die an Speicherbausteine oder <a href="Mikroprozessor" title="Mikroprozessor">Mikroprozessoren</a> angeschlossen werden können.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Aufbau_und_Funktion">Aufbau und Funktion</h2></div>

<p>Das Kernstück eines FPAA bildet die Matrix aus programmierbaren analogen Schaltungen. Hierin befinden sich zwischen 2 und 20 CABs. Diese CABs bestehen aus einem oder mehreren <a href="Operationsverst%C3%A4rker" title="Operationsverstärker">Operationsverstärkern</a>, insbesondere <a href="Transkonduktanzverst%C3%A4rker" title="Transkonduktanzverstärker">Transkonduktanzverstärker</a>, und passiven <a href="Elektrisches_Bauelement" title="Elektrisches Bauelement">Bauelementen</a>, die über elektronische Schalter miteinander verknüpft werden können. Somit ist es möglich, eine Vielzahl einfacher analoger Schaltungen zu realisieren.

</p><p>Bei der Implementierung der zuschaltbaren Bauteile kommen zwei Prinzipien zur Anwendung: die <a href="Switched-Capacitor-Filter" title="Switched-Capacitor-Filter">Switched-Capacitor</a>-Technik (SC-Technik) und die Verwendung herkömmlicher Bauteile (Widerstände und Kondensatoren).

</p><p>Mit der SC-Technik lassen sich sowohl <a href="Elektrische_Kapazit%C3%A4t" title="Elektrische Kapazität">Kapazitäten</a> als auch <a href="Elektrischer_Widerstand" title="Elektrischer Widerstand">Widerstände</a> erzeugen. Ein Widerstand wird erzeugt, indem ein Kondensator mit hoher Frequenz zunächst zu dem negativen und zum positiven Pol des Signalwegs dazugeschaltet wird, er sich abhängig von der aktuellen Signalspannung, der <a href="Schaltfrequenz" title="Schaltfrequenz">Schaltfrequenz</a> und seiner Kapazität abwechselnd teilweise lädt und entlädt. Der Vorteil dieser Technik liegt in ihrer hohen Flexibilität und Stabilität. Nachteile sind die geringe Bandbreite in Abhängigkeit von der Schaltfrequenz (s. <a href="Nyquist-Theorem" class="mw-redirect" title="Nyquist-Theorem">Nyquist-Theorem</a>) und die parasitären Effekte, die ebenfalls durch die Schaltfrequenz bedingt sind.

</p><p>Eine Alternative stellt die Verwendung herkömmlicher Bauelemente in Form von Einheitswiderständen und -kapazitäten dar. Je nach beabsichtigtem Verwendungszweck des FPAA sind diese teilweise fest verdrahtet. Dies ermöglicht eine höhere Bandbreite und vermeidet die <a href="Artefakt_(Technik)" title="Artefakt (Technik)">Artefakte</a>, wie sie bei abgetasteten Systemen auftreten. Ein Nachteil ist die geringere Flexibilität dieser Schaltungen.

</p><p>Die analoge Matrix wird von einer Reihe an Hilfsschaltungen umgeben. Notwendig ist eine <a href="Logische_Schaltung" class="mw-redirect" title="Logische Schaltung">logische Schaltung</a>, welche die Konfigurationsdaten verarbeitet und für die Speicherung an der richtigen Stelle sorgt. Ein interner digitaler Zeitgeber koordiniert das Laden der Konfiguration. Häufig stehen konfigurierbare Ein- und Ausgabezellen zur Verfügung, die z. B. mit zuschaltbaren <a href="Antialiasing_(Signalverarbeitung)" title="Antialiasing (Signalverarbeitung)">Anti-Aliasing</a>-Filtern oder Verstärkern ausgestattet sind. Werden Switched-Capacitors genutzt, so werden analoge Zeitgeber benötigt.

Zusätzlich enthalten die konfigurierbaren analogen Blöcke einen digitalen <a href="Arbeitsspeicher" title="Arbeitsspeicher">Arbeitsspeicher</a> (RAM), in den die erwünschte Konfiguration geladen wird. Einige FPAAs von Anadigm besitzen zusätzliche „Shadow-RAMs“, die es ermöglichen, neue Konfigurationsdaten während des Betriebs ohne Unterbrechung des analogen Signals zu laden.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Programmierung">Programmierung</h2></div>

<p>Die Programmierung der FPAAs geschieht über ein herstellerspezifisches <a href="Netzwerkprotokoll" title="Netzwerkprotokoll">Protokoll</a>, abhängig von der Architektur des Chips. Die Hersteller stellen für ihre Produkte eigene Entwicklungs<a href="Software" title="Software">software</a> zur Verfügung, mit Hilfe derer die gewünschte Schaltung entwickelt und meist auch simuliert werden kann. Die resultierende Konfiguration wird dann in Form eines <a href="Bitstrom" title="Bitstrom">Bitstrom</a> in den Chip hochgeladen. Dieser konfiguriert den Chip in der gewünschten Weise.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Weblinks">Weblinks</h2></div>

<ul><li><a rel="nofollow" class="external text" href="https://silo.tips/download/praktikumsversuch-field-programmable-analog-array-fpaa">Silo: Praktikumsversuch FPAA</a></li>

<li><a rel="nofollow" class="external text" href="http://www.ece.ualberta.ca/~vgaudet/fpaa/index.html">FPAA-Seiten von Vincet Gaudet</a></li>

<li><a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.uni-ulm.de/in/mikro/forschung/schwerpunkte/mixed-signal-cmos-schaltungen/fpaa/">Uni Ulm: Mixed Signal CMOS – FPAA</a> Forschungsgruppe Uni Ulm</li>

<li><a rel="nofollow" class="external text" href="https://public.ostfalia.de/~harrieha/vl/eda/fpaa/was_ist_FPAA.html">Ostfalia: Was ist ein FPAA</a></li></ul></div><div><div class="zim-footer">

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