Повышение эффективности реализации аналоговых радиотехнических устройств на базе ПЛИС

• Автор: Прокимов, Павел Алексеевич
• Шифр специальности: 05.12.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 116 с. : ил.

ГЛАВА 1. ОБЗОР СОСТОЯНИЯ И ТЕНДЕНЦИЙ РАЗВИТИЯ СОВРЕМЕННЫХ ИМС ф ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ АНАЛОГОВЫХ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ
1.1. Цифро-аналоговые ИМС
1.1.1. Микросхемы класса ASIC
1.1.2. Микросхемы класса PSoC
1.1.3. Микросхемы класса FPSLIC
1.1.4. Микроконверторы
1.2. Цифровые ИМС - микросхемы класса ПЛИС
1.3. Аналоговые ИМС - программируемые интегральные схемы (ПАИС)
1.4.Система «АЦП - цифровая схема - ЦАП»
1.4.1. Выбор типа АЦП
1.4.2. Выбор типа ЦАП
1.4.3. Выбор ПЛИС в качестве цифровой схемы
ф 1.6. Постановка цели и задач исследования
1.7. Выводы
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИМЕНИМОСТИ МЕТОДОВ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ ОПИСАНИЯ РАБОТЫ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЗВЕНЬЕВ
2.1. Анализ математических моделей для описания ЭЗв
2.2. Исследование применимости методов численного интегрирования и дифференцирования к описанию работы ЭЗв
2.3. Выбор метода для анализа и синтеза аналоговых систем
2.3.1. Основные положения метода структурных матриц
2.3.2. Синтез структурной схемы аналогового устройства с помощью метода структурных матриц
2.4. Машинное моделирование работы аналогового устройства
2.5. Принципы составления моделей аналоговых радиотехнических устройств
на основе ЭЗв
2.5. Выводы
• ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
ф ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЗВЕНЬЕВ
3.1. Алгоритм функционирования пропорционального звена
3.1.1. Результаты моделирования описания пропорционального звена
bMAX+PLUS II
3.2. Алгоритм функционирования интегрирующего звена
3.2.1. Результаты моделирования описания интегрирующего звена в MAX+PLUS II
3.3. Алгоритм работы дифференцирующего звена
3.3.1. Результаты моделирования описания дифференцирующего звена
в MAX+PLUS II
3.5. Алгоритм работы аналогового устройства на основе ЭЗв
3.6. Выводы
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЭЗВ
# 4.1. Разработка устройства на базе ПЛИС для оценки функционирования ЭЗв
4.2. Экспериментальная оценка функционирования ЭЗв
ф 4.2.1. Оценка функционирования пропорционального звена
4.2.2. Оценка функционирования дифференцирующего звена

4.2.3. Оценка функционирования интегрирующего звена
4.3. Экспериментальная оценка функционирования аналогового устройства
на основе ЭЗв
4.4. Анализ результатов эксперимента
4.5. Методика проектирования аналоговых устройств на основе ЭЗв
в устройстве с ПЛИС
4.6. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Наиболее заметным явлением в современной радиотехнике является все более широкое использование устройств цифровой электроники. Современная цифровая электроника заняла достойное место в нетрадиционных для нее областях радиосвязи, радиовещания, телевидения, радионавигации и радиолокации, а также в бытовой электронике. Наблюдается постоянное совершенствование технологии производства цифровых интегральных микросхем (ИМС) в направлении повышения степени интеграции и расширения номенклатуры.
Одной из причин успешного развития цифровой электроники является использование математического аппарата булевой алгебры для синтеза цифровых логических систем. Аппарат булевой алгебры позволяет представить сложную цифровую логическую систему в виде соединенных соответствующим образом типовых элементарных ячеек, каждая из которых выполняет элементарную логическую операцию.
Иная ситуация сложилась в области анализа и проектирования устройств аналоговой электроники (устройства отображения информации, системы автоматического управления (САУ), аналоговые фильтры). В этой области наблюдаются попытки перехода на уровень выпуска системных микросхем, однако отсутствие единого общепринятого математического аппарата для их анализа и синтеза сдерживает развитие данного направления.
В сложившейся ситуации очевидна необходимость создания универсального математического аппарата проектирования аналоговых устройств, аналогичного аппарату проектирования цифровых логических систем. В работах [1-4] обоснована возможность использования теории систем дифференциальных уравнений для математического моделирования принципиальных схем аналоговых устройств.
В работах [5-7] предложено выделить наиболее часто встречающиеся в уравнениях звенья и рассматривать их в качестве элементарных. Показано, что системы с требуемой передаточной функцией могут быть синтезированы с помощью операторов размножения и соединения элементарных звеньев (ЭЗв), номенклатура которых представлена тремя основными звеньями: пропорциональным, дифференцирующим и интегрирующим
(вспомогательные звенья: структурные звенья расширения/сжатия). На их основе можно сформировать как МАБИС (матричные аналоговые большие интегральные схемы), так и ПАИС (программируемые аналоговые интегральные схемы).
К сожалению, провести натурный эксперимент при нынешнем положении Российской микроэлектроники не представляется возможным. Поэтому в работе сделана попытка проведения эксперимента на базе программируемых логических интегральных схем (ПЛИС).
X/ х2 х„ // І2 /я
ап -ап -Я/я Иц
-а2і а22 -а2п 1г22

-апі -а„2 апп Кп
(X) V)
А н
На основании изложенного материала можно дать следующее определение: компактной формой записи перемножаемых матриц будем называть такую форму, когда последующая матрица транспонируется и записывается над предыдущей матрицей; при этом число столбцов транспонированной матрицы должно соответствовать числу столбцов предыдущей матрицы [56].
Условимся называть частной передаточной функцией (ЧПФ) отношение любого элемента какой-либо строки матрицы к диагональному элементу этой же строки, если элементы структурной матрицы представляют собой коэффициенты систем дифференциальных уравнений, записанных в изображениях по Лапласу Щф) = аф)/аф).
Из определения ЧПФ следует, что все диагональные элементы аф) такой матрицы являются знаменателями, отображающими собственные свойства объекта по каждой отдельной координате, а недиагональные элементы аф) - числителями или коэффициентами усиления, характеризующими передачу воздействия от координаты, обозначенной индексом / на координату с индексом /. Между элементами матрицы, таким образом, происходит передача некоторых воздействий. При этом линия передачи идет от одного диагонального элемента к другому через соответствующий единственный элемент связи. Такой элемент связи располагается на пересечении столбца исходного диагонального элемента и строки конечного диагонального элемента. Иными словами, воздействие от каждого диагонального элемента исходит по столбцу (вверх или вниз), а приходит на него по строке (слева или справа) [56].
Матричным циклом будем называть контуры, образуемые элементами структурной матрицы и отражающие передачу воздействий в исследуемой системе. Воздействия передаются и матричные циклы проводятся от одного диагонального элемента к другому через элемент связи, стоящий на пересечении столбца первого диагонального элемента и строки второго [56].
Матрицы исследуемой системы могут быть изображены в различных видах, отличающихся между собой степенью детализации их элементов. На этих матрицах каждый элемент может нести в себе разное количество информации: более крупные блоки элементов