Интернет-журнал 'Домашняя лаборатория', 2007 №8 - Журнал «Домашняя лаборатория»

AD7725 содержит процессор постобработки PulseDSP™ компании Systolix, который позволяет запрограммировать характеристики фильтра через параллельный или последовательный интерфейс микропроцессора.

Процессор постобработки имеет полностью программируемое ядро, которое обеспечивает производительность обработки до 130 миллионов операций умножения с накоплением в секунду (MAC). Процесс программирования процессора сводится к редактированию пользователем конфигурационного файла, который содержит все необходимые данные для программирования функций фильтра. Этот файл создан с помощью компилятора FilterWizard, который поставляется Analog Devices. Компилятор AD7725 воспринимает значения коэффициентов фильтра как входные данные и автоматически генерирует необходимый программный код устройства.

Файл коэффициентов отклика фильтра может быть сгенерирован с помощью пакетов проектирования цифровых фильтров типа Systolix FilterExpress™ (http://www.systolix.co.uk) или QEDESIGN ™ компании Momentum Data Systems (http://www.mds.com). Отклик фильтра может быть построен на основе данных, известных пользователю до генерации коэффициентов фильтра. Скорость потока входных данных процессора — 2,4 МГц. Если прореживание применяется в многоступенчатом фильтре, первый фильтр будет обрабатывать поток данных со скоростью 2,4 MSPS, и пользователь может затем производить децимацию между каскадами. Максимальное число коэффициентов фильтра, которые могут поддерживаться процессором, равно 108. При этом фильтр со 108 коэффициентами может быть выполнен в виде одиночного или многокаскадного фильтра с суммарным числом коэффициентов 108. Фильтр может иметь характеристики НЧ-фильтра, ВЧ-фильтра, режекторного или полосового фильтра и может быть выполнен как КИХ- или БИХ-фильтр.

AD7725 работает от однополярного источника питания +5В. Он имеет внутрикристальный источник опорного напряжения 2,5 В и выпускается в 44-выводном PQFP корпусе. При работе на максимальной тактовой частоте потребляемая мощность не превышает 350 мВт. Возможна работа в режиме сниженной в два раза максимальной частоты задающего генератора -10 МГц. Максимальная потребляемая мощность в этом режиме составляет 200 мВт.

Резюме

Некоторые примеры использования DSP в различных областях приведены на рис. 9.30. Помимо описанных выше, имеется много других областей, где сфера применимости DSP на практике быстро расширяется: это промышленность, связь, медицинская и военная техника и потребительский рынок. Обсуждение каждого примера могло бы стать предметом отдельной книги. Но в этой главе показано только несколько наиболее традиционных областей применения DSP и дано представление о том, как DSP взаимодействуют практически с каждым аспектом современной жизни.

ДРУГИЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПРОЦЕССОРОВ DSP

• Автомобильные телефоны с голосовым управлением (hands-free)

• Цифровые автоответчики

• Устройства распознавания голоса

• Кабельные сети

• Компьютерная звуковая система

• Цифровое аудио: профессиональное и бытовое

• Обработка цифрового видеосигнала

• Телевидение высокой четкости (HDTV)

• Компьютерная графика

• Цифровые спецэффекты

• Цифровые вещательные спутники (DBS)

• Система глобального позиционирования (GPS)

• Медицина: ультразвуковые, ядерномагниторезонансные сканнеры, томографы

• Военная индустрия: радиолокационные станции, наведение ракет на цель

Рис. 9.30

Глава 10

Методы проектирования аппаратного обеспечения

Уолт Кестер

Низковольтные интерфейсы

Этан Бордо, Иоханнес Хорват, Уолт Кестер

В течение последних 30 лет стандартным напряжением питания (VDD) цифровых схем оставалось напряжение 5 В. Такое значение напряжения использовалось для обеспечения нормального режима работы биполярного транзистора. Однако в конце 80-х стандартной технологией при проектировании ИС стала технология КМОП. Для микросхем КМОП не является обязательным использование того же напряжения, что и для микросхем, выполненных по технологии ТТЛ, но для обеспечения совместимости со старыми системами промышленность адаптировала уровни логических сигналов к уровням сигналов ТТЛ. (Приложение 1).

Нынешняя революция в снижении напряжения питания микросхем происходит по причине роста требований к скорости и компактности интегральных микросхем при минимальной стоимости. Эти растущие требования привели к уменьшению размеров топологии кристалла с 2 мкм (в начале 80-х) до 0.25 мкм; такая топология используется при разработке современных микропроцессоров и ИС. Благодаря тому, что эти размеры стали значительно меньше, напряжение, необходимое для оптимальной работы устройства, также упало ниже уровня в 5 В. Это видно на примере микропроцессоров для компьютеров, где оптимальное значение напряжения для питания ядра процессора определяется с помощью выводов идентификации напряжения питания (VID pins) и может снижаться вплоть до уровня 1.3 В.

Большой интерес к низковольтным DSP отчетливо наблюдается в смещении процента продаж между 5 В и 3,3 В микросхемами. Объем продаж 3.3-вольтовых DSP вырос более чем вдвое по сравнению с остальными DSP (30 % для всех DSP, 70 % — устройства с напряжением питания 3.3 В). Этот процесс будет продолжаться, так как огромный и постоянно растущий рынок портативных устройств потребляет цифровые сигнальные процессоры, которые обладают всеми чертами низковольтных цифровых процессоров.

С одной стороны, низковольтные ИС работают при малой потребляемой мощности, имеют меньшие размеры и более высокие скорости. С другой стороны, низковольтные ИС часто должны работать совместно с ИС, которым необходимо большее напряжение питания VDD, из-за чего возникают проблемы совместимости. Хотя низкое рабочее напряжение означает уменьшение размаха сигнала, и следовательно, шум переключения становится меньше, но для микросхем с низким напряжением питания уменьшается допустимый для нормальной работы устройства уровень шума (запас помехоустойчивости).

НИЗКОВОЛЬТНЫЕ ИС СО СМЕШАННЫМИ СИГНАЛАМИ

• Малая потребляемая мощность для применения в портативных устройствах

• ИС с напряжением питания 2.5 В могут работать от двух щелочных элементов

• Высокое быстродействие КМОП-процессоров, меньшие размеры, меньшее напряжение пробоя

• Несколько напряжений питания в системе: +5 В, +3.3 В, +2.5 В, напряжение питания ядра процессора +1.8 В, напряжение питания аналоговой части

• Между ИС разных стандартов требуется интерфейсы

• Меньшая амплитуда напряжения сигнала образует меньше шума при переключении

• Меньший запас помехоустойчивости

• Меньшее напряжение питания в аналоговых схемах приводит к уменьшению размаха сигнала и увеличивает чувствительность к шумам (но это предмет целого семинара!)

Рис. 10.1

Популярность устройств с напряжением питания 2.5 В может быть отчасти объяснена их способностью работать от двух щелочных элементов типа АА. На рис. 10.2 показаны характеристики щелочного элемента при различной величине нагрузки. (Приложение 2).

Обратите внимание, что при токе нагрузки 15 мА напряжение остается на уровне выше 1.25 В (2.5 В для двух последовательно соединенных элементов) в течение приблизительно 100 часов. Поэтому ИС, которые могут успешно работать при низком потребляемом токе и напряжении питания 2.5 В±10 % (2.25 В-2.75 В), особенно полезны для портативной аппаратуры. Цифровые процессоры, обладающие низким соотношением мА/MIPS (потребляемый ток/производительность) и имеющие периферию, интегрированную на одном чипе, как например, ADSP-218x L или М-серии, также рекомендованы для применения в портативных устройствах.

Для того чтобы разобраться в вопросах совместимости и взаимодействия друг с другом микросхем с различными напряжениями питания VDD, полезно для начала взглянуть на структуру типичной логической ячейки КМОП, которая показана на