31. Плис типа «система на кристалле (SoC).

Проект-ие средств на SoС основывается на разработке и применении библиотек схемных решений. Библиотечные блоки могут быть представлены в след. вариантах.

Soft-ядра или виртуал. компоненты. Это файлы, кот-ые интегр-ся в описание проектируемого устройства на языках HDL. На основе soft-ядер реализуются однородные структуры, в кот-ых разные функц-ые блоки реал-ся идентичными программ-ми схемотехн-ми блоками.

Hard-ядра, представляющие собой реализ-ые на кристалле обл-ти с фиксированными функ-ми. На основе hard-ядер реализ-ся блочные струк-ры, имеющие жестко выделенные для опред-ых ф-ций аппаратные ядра. SoС блочного типа вкл-ют в себя как программируемые, так и фиксированные обл-ти, в кот-ых реализованы блоки с предопределенными функциями. Такими блоками явл-ся микропроцессоры или микроконтроллеры, FPGA, память.

Преим-вом однородных структур явл-ся их гибкость и технологическая однородность. К недостаткам можно отнести меньшую скорость работы и большую площадь, занимаемую на кристалле. Чем больше % синтезируемой части схемы, тем выше гибкость схемы, но тем больше блоков теряют при этом оптимальность своих параметров. Блочные струк-ры имеют более высокое быстродействие, исп-ют кристаллы меньшей площади, исп-ют станд. блоки с улучшенными парам-ми. В настоящее время обе разновидности SoC развиваются одинаково интенсивно.

В основе идеи SоC лежит интеграция всей электронной системы в одном кристалле (например, в случае ПК такой чип объединяет процессор, память, и т. д.). Компоненты этих систем разраб-ся отдельно и хранятся в виде файлов параметризируемых модулей. Окончательная струк-ра SоC-микросхемы выпол-ся на базе этих "виртуальных компонентов" с помощью программ систем автоматизации проектирования (САПР) электронных устройств – EDA (Electronic Design Automation). Благодаря стандартизации в одно целое, можно объединять "виртуальные компоненты" от разных разработчиков.

Эта микросхема с триггерной памятью конфигурации обладает программируемостью всех основных обл-тей кристалла. Уровень интеграции этой микросхемы составляет до 3 млн. типичных эквивалентных вентилей, встроенная память – до 1,2 млн. бит. В микросхеме комбинируются табличные методы реализации фун-ий и реализация в дизъюнктивных нормальных формах, т.е. частично используются FPGA и CPLD.Схема имеет встроенную память и гибкую систему интерфейсов.

32. Цап. Общие положения. Погрешности цап.

Цифроаналоговым преобразователем (ЦАП) называется устройство, преобразующее входное сообщение из цифровой формы сообщения в аналоговую. Процесс цифро-аналогового преобразования предполагает выполнение следующих операций: формирование дискретных значений выходного сигнала, отличающихся на некоторое значение и постановка каждому сформированному уровню в соответствие некоторого кода и последовательное, с заданным временным интервалом, присвоение выходному сигналу значений выделенных уровней, соответствующих входному коду. Схемы ЦАП можно классифицировать по различным признакам: по принципу действия или способу формирования выходного сигнала ( с суммированием напряжений, делением напряжения, суммированием токов); по роду выходного сигнала (с токовым выходом, потенциальным выходом, резистивным выходом); по полярности выходного сигнала ( униполярные, биполярные); по характеру опорного сигнала ( с постоянным опорным сигналом, изменяющимся опорным сигналом (умножающие).

К интегрирующим ЦАП относятся преобразователи, в которых входная величина, выраженная в цифровой форме, представляется на входе в аналоговом эквиваленте, пропорциональном ее среднему значению.

Для формирования требуемых уровней аналоговые ключи управляются цифровыми сигналами, либо подключается к выходу ЦАП необходимое количество источников опорных сигналов (рис. 4.7.а), либо устанавливаются соответствующее дискретное значение коэффициента деления (рис. 4.7.б.). Цепь из двух управляемых резисторов в последнем случае представляет собой одну из резистивных схем.

Сопротивление резисторов, соответствующих разрядам входного слова, кратно двум при переходе к соседнему биту. Напряжение на выходе такого ЦАП вычисляется по следующей формуле: где – ток через i сопротивление, равно нулю, если ключ разомкнут, и единице, если замкнут.

Статические параметры ЦАП:

1. Разрядность – число символов кода, необходимое для того, чтобы в выбранной системе счисления (как правило, в двоичной) выразить номинальное число квантов.

2. Разрешающая способность – приращение U_ВЫХ при преобразовании смежных значений D_i, т.е. отличающихся на единицу МЗР. Это приращение является шагом квантования. Для двоичных кодов преобразования номинальное значение шага квантования h= U_ПШ / 2N-1, где U_ПШ – номинальное максимальное выходное напряжение ЦАП (напряжение полной шкалы), N – разрядность ЦАП. Чем больше разрядность преобразователя, тем выше его разрешающая способность.

3. Погрешность полной шкалы – относительная разность между реальным и идеальным значениями предела шкалы преобразования при отсутствии смещения нуля.

δ_ПШ = (ε_ПШ / U_ПШ) 100%.

4. Погрешность смещения нуля – значение U_ВЫХ, когда входной код ЦАП равен нулю. Является аддитивной составляющей полной погрешности. Обычно указывается в милливольтах или в процентах от полной шкалы:

δ_СМ = (ε_СМ / U_ПШ) 100%.

5. Нелинейность – максимальное отклонение реальной характеристики преобразования U_ВЫХ (D) от оптимальной.

δ_Н = (ε_Н / U_ПШ) 100%.

Дифференциальная нелинейность – максимальное изменение (с учетом знака) отклонения реальной характеристики преобразования U_ВЫХ (D) от оптимальной при переходе от одного значения входного кода к другому смежному значению.

6. Монотонность характеристики преобразования – возрастание (уменьшение) выходного напряжения ЦАП U_ВЫХ (D) при возрастании (уменьшении) входного кода D. Если дифференциальная нелинейность больше относительного шага квантования h/U_ПШ, то характеристика преобразователя немонотонна.

7. Температурная нестабильность ЦАП характеризуется температурными коэффициентами погрешности полной шкалы и погрешности смещения нуля.

8. Диапазон изменения напряжения (U) или тока (I) – полная шкала изменения напряжения от 0 до U_{ВЫХ МАКС} или тока от 0 до I_{ВЫХ МАКС}.

9. Полное выходное сопротивление ЦАП Z_ВЫХ – определяется со стороны выходных зажимов. Оно зависит в основном от выходного сопротивления суммирующего усилителя и имеет порядок сотен Ом.

Динамические параметры ЦАП. Динамические параметры ЦАП определяются по изменению выходного сигнала при скачкообразном изменении входного кода, обычно от величины "все нули" до "все единицы" (рис. 28.23).

1. Время установления, t_УСТ – интервал времени от момента изменения входного до момента, когда в последний раз выполняется равенство

|U_ВЫХ – U_ПШ| = d / 2.

2. Скорость нарастания – максимальная скорость изменения U_ВЫХ (t) во время переходного процесса. Определяется как отношение приращения ΔU_ВЫХ ко времени Δ , за которое произошло это приращение. Обычно указывается в технических характеристиках ЦАП с выходным сигналом в виде напряжения. У ЦАП с токовым выходом этот параметр в большой степени зависит от типа выходного ОУ.

3. Частота обновления – максимальная частота, с которой может происходить смена содержимого входных регистров ЦАП.