FPAA亮相IIC,数字方法助力模拟设计

上网时间: 2004年03月16日? 我来评论 【字号: ? ?小】

关键字:第九届IIC? 分销商? 科汇盈丰?

(作者:潘九堂)

本地工程师设计能力的提升,使中国国际集成电路研讨会暨展览会(IIC-China)不仅是全球半导体产业巨头展示成熟产品和解决方案的舞台,还成为业界将最前沿产品和技术引入中国的首选平台。FPAA亮相IIC,数字方法助力模拟设计_ESMCOL_1

在刚刚谢幕的第九届IIC上,国际专业半导体分销商科汇盈丰(Insight Memec)所带来的Anadigm公司的现场可编程模拟阵列(field programmable analog arrays, FPAA),就是一种可能引发模拟设计革命的全新平台,目前在全球正处于推广应用阶段。

EDA工具、FPGA、实时更新是这个时代IC设计最强的音符,正是因为它们的成功应用,数字设计轻松迈入了千万门”级。然而,这一切都与模拟设计无缘。完成一个模拟设计,仍依赖经验十分丰富的模拟设计工程师花几个星期甚至几个月的时间,画PCB版和原理图,选择运放、电阻和电容,计算,调试……。上市时间(time-to-market)的压力和经验丰富模拟工程师的缺乏,使费时费力的传统模拟设计方法成为很多公司的头痛难题。

2000年成立、技术源自摩托罗拉的可编程模拟公司――Anadigm公司,自创立之初就一直试图将EDA、FPGA方法、实时更新等理念和技术引入到模拟设计中,以提供一个全新的开发平台,在系统级(system-level)层面上进行模拟器件设计。工程师可以借助新的模拟设计平台,将时间主要用在细调最终产品的特性上,而非花在研究实现的过程,从而简化设计过程。FPAA亮相IIC,数字方法助力模拟设计_ESMCOL_2

在深圳IIC展上,Anadigm公司的授权分销商――科汇盈丰亚太区产品市场经理郑耀昌先生向记者介绍了Anadigm的现场可编程模拟阵列(FPAA)产品的原理、主要特点和应用,同时还演示了Anadigm的EDA设计工具―AnadigmDesigner 2(Anadigm公司的网站上有下载,大约12.2M左右)。

Anadigm软件让模拟设计在几分钟内完成

打开AnadigmDesigner软件,就可以看到FPAA开发环境提供的电路方框图。不同的是,FPAA开发环境不是将二极管、晶体管、电阻、电容与运算放大器和比较器等功能块组合在一起,而是由被Anadigm公司称为CAM (Configurable Analog Module, 可配置模拟模块)的高度抽象功能块组成。

他介绍说,每个FPAA芯片由2个或4个CAB (Configurable Analog Block) 组成,工程师只需选择所需的CAM,通过输入产品的特性参数就可建立一个CAM,然后将几个CAM连线即可初步完成设计,而不需要关心每个CAM内部如何运作以实现其功能。

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AnadigmDesigner软件中内建了近30个其称之为基本单元(elementary block)的CAM,包括常见的AD Conveter、Comparator、Differentiator、Divider、Filter等,据称Anadigm网站上这个CAM库(library)还在不断地更新。

AnadigmDesigner软件提供了十分友好的操作界面,只要将鼠标移到任一个功能块(CAM)上,就可以确认它的名称及参数设置。双击功能块就可以打开一个对话框,并可在对话框中交互地修改功能块的参数状态。对话框中还有一个很有用的按钮“Documentation”,提供有关CAM的所有帮助信息,包括如何使用、等效原理图、方程和有关C-Code,工种师可以通过Anadigm软件内的求助功能,获得绝大部分问题的答案。

AnadigmDesigner软件除了为FPAA提供了一个图形化编程环境外,还可以让工程师连接虚拟信号源和探头来驱动内置的仿真工具。

此外,AnadigmDesigner软件中还内置了两个特殊的工具―AnadigmFilter和AnadigmPID,将模拟设计抽象到更高级别。用户只需指定最高级控制系数(coefficient),就可建立相应的复杂Filter或者模拟PID(比例、积分、微分)控制环路,一经设计和仿真,该电路就可立即下载到FPAA设备供测试和验证。

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他演示了AnadigmFilter的设计过程,首先是选择Filter类型(low pass, high pass, band pass, band stop),然后是选择Filter approximation(Butterworth, Chebyshev, Inverse Chebyshev, Elliptic, Bessel),接着是输入Filter的参数(或者通过鼠标拖拉parameter line到所需的数值),确定后即可在AnadigmDesigner生成电路,最后将Filter下载到FPAA芯片中。整个过程在几分钟内就可以完成。

C-Code可使MCU对FPAA实时更新

Anadigm的FPAA产品不仅让模拟设计周期大大缩短,同时也还可以实时更新,以满足应用环境的变化或者是电路功能要求的改变,提供更大的设计灵活性。

他表示,AnadigmDesigner软件将FPAA设计自动翻译(translate)成C-Code,可在嵌入式系统中通过微处理器实现模拟功能的on-the-fly实时控制。工程师利用动态重配功能可以方便地处理回路响应、在外界环境条件变化时改变FPAA的特性、或无需中断FPAA的工作就可调整系数,通常在4-8ms 内变为另一个电路。它的优点是使设计的模拟电路适应性强,同时,它还能够最小化硬件占位面积(hardware footprint),简化制造和因此提高产品设计质量。此外,与传统的模拟设计相比,FPAA通过将电路编译为二进制代码,能将客户的专利电路(proprietary circuitry)隐藏起来,更好地保护客户的知识产权。

FPAA背后是开关电容技术,精度高

Anadigm为模拟设计提供了一个完整的软硬件平台,让工程师可直接对CAM进行操作,从而大大地简化设计过程和缩短设计时间,并可实时更新,其中CAM扮演了最重要的角色。

他解释说,CAB由运放、Comparator、开关电容(Switched Capacitor Array)组成,信号来原、去向和各电容容量等均可灵活配置。通过对各开关电容进行编程,单个CAB就可实现Comparator、Differentiator、Divider、Filter,Integrator等信号调理功能,将多个CAB加以组合,就可以实现复杂滤波器等更高级的电路。

此外,他表示,由于各个CAM中开关电容温度常数相近,thermal gradient相互抵消(offset),因此与传统的模拟器件相比,FPAA没有老化问题,不随时间产生温度和电压漂移,精度更高。

FPAA由于精度高,不随时间产生温度和电压漂移,可实时动态和静态可编程,还能隐藏客户的专利电路,因此可广泛用于工控、医疗、仪器、高级音频、自动测试设备、汽车、通信等领域。据了解,自Anadigm于2002年第4季度开始将付运其第二代FPAA产品外,目前全球工业领域大约有150家客户采用,大多处于设计和早期生产阶段。

由于中国IC设计起步晚,经验丰富的模拟设计师尤其缺乏,因此Anadigm的FPAA产品对中国工程师更是意义重大。他表示,科汇盈丰于2003年开始代理Anadigm的产品,目前在中国大陆已经有一些工控和仪器领域的客户。由于FPAA还是一个新兴的产品,科汇盈丰希望利用其在技术上的优势,从设计支持和解决方案上入手,2004年在中国大陆市场全面推广FPAA。

他还表示,虽然从上市时间、实时更新、专利电路保护等整体上来考虑,Anadigm的FPAA产品的总体成本优于分立元件(Discrete),但单个FPAA仍然“显得”有些高,因此目前FPAA主要是在工控、医疗、仪器、高级音频等高端领域替代分立元件。通过采用0.35微米等先进的工艺和技术,FPAA未来将在尺寸和功耗上进一步缩小,同时降低成本,以进一步扩大市场和应用领域。


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