Современная электроника №2/2021

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 44 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2021 Практика использования встроенного АЦП в ПЛИС семейства MAX10 Часть 1. Справочная информация по АЦП ПЛИС MAX10 Статья содержит информацию по практическому применению аппаратного модуля АЦП, входящего в состав ПЛИС семейства MAX10 производства Intel (Altera). В первой части статьи представлена справочная информация по АЦП в ПЛИС семейства MAX10, приведены рекомендации производителя по схемотехнике и конструкторскому исполнению измерителя на основе АЦП в ПЛИС. Павел Редькин (г. Ульяновск) Модели ПЛИС с АЦП ВсоставчастиПЛИСсемействаMAX10 от Intel (Altera) производитель включил встроенный аппаратный модуль АЦП (ADC Hard IP Block), имеющий в своём составе встроенный аналоговый темпе- ратурныйдатчик. Указаннаяособенность этих ПЛИС позволяет в рамках одной микросхемыреализовать какоцифровку, такивсюнеобходимуюцифровуюобра- ботку внешних по отношению к ПЛИС аналоговыхсигналов, в томчисле сигнала от встроенного температурногодатчика. Тип АЦП семейства MAX10 – АЦП последовательного приближения (ADC SAR), обеспечивающий оцифровку одной выборки входного напряжения за один период синхросигнала. ПЛИС семействаMAX10, содержащие АЦП и температурный датчик, имеют в обозначении буквы SA или DA, напри- мер 10M08SAE144C8G. При этом буква S или D указывает на количество необ- ходимых для данного типаПЛИС внеш- них напряжений питания: одно (Single Supply) или два (Dual Supply) [3]. ПЛИС типа Single supply для работы цифро- войчасти (цифрового ядра и линий вво- да/вывода общего назначения GPIO) и модуля АЦПтребуют напряжения пита- ния с номинальным значением 3,3 В. ПЛИС типаDual supply для работыциф- ровойчасти требуют напряжения пита- ния с номинальным значением 1,2 В, а для работымодуля АЦП–напряжения питания с номинальным значением2,5В. Буква A в обозначении модели ПЛИС указывает на наличие в составе ПЛИС модуля АЦП с датчиком температу- ры и массива пользовательской Flash- памяти (Analog and Flash Features) [3]. В зависимости от модели ПЛИС внутри семейства MAX10, она может содержать один или два аппаратных модуля АЦП. В таблице 1 перечислены все модели ПЛИС, имеющие встроенные аппарат- ные модули АЦП, с указанием количе- ства модулей АЦП в ПЛИС [1]. Параметры АЦП в ПЛИС Параметры аппаратного модуля АЦП в конкретной ПЛИС зависят от её типа (Single Supply или Dual Supply). В таблице 2 приведены параметры аппаратного модуля АЦП в ПЛИС типа Single supply [2]. В таблице 3 приведены параметры аппаратного модуля АЦП в ПЛИС типа Dual supply [2]. Входы АЦП в ПЛИС В качестве аналоговых входов аппа- ратных модулей АЦП в ПЛИС семей- ства MAX10 могут быть использованы либо выделенные выводы ПЛИС, име- ющие единственную функцию ана- логового входа (Dedicated), либо уни- версальные выводы ПЛИС, имеющие двойнуюфункцию, – аналоговый вход или цифровой вход/выход GPIO (Dual Function). В таблице 4 содержатся све- дения о количестве входов АЦП каждо- го из указанных типов для всех моделей ПЛИС, имеющих аппаратный модуль АЦП [1]. Как можно видеть из табли- цы 4, максимальное количество доступ- ных для использования в ПЛИС входов АЦП равно 18: 2 выделенных входа и 16 универсальных входов. Помимо внешних входов АЦП, к вхо- ду модуля АЦП внутри ПЛИС может быть подключён встроенный диодный датчик температуры (TSD), для которо- го задан канал с номером 17. В случае если в качестве универсальных анало- говых входов в проекте ПЛИС исполь- зуются линии GPIO из банка 1A, остав- шиеся свободными линии GPIO в этом банке в качестве таковых использовать уже нельзя. Каждый аналоговый вход в аппаратном модуле АЦП ПЛИС имеет встроенную ячейку защиты от стати- ческого разряда (ESD). Блок-схема аппаратного модуля АЦП в ПЛИС семейства MAX10 показана на рисунке 1. IP-ядра поддержки АЦП в ПЛИС Как можно видеть из рисунка 1, для поддержки аппаратного модуля АЦП в проекте ПЛИС необходимо соот- ветствующее IP-ядро. Производитель предоставляет разработчикам такое IP-ядро – Modular ADC Core Intel FPGA IP. Всего доступно два типа IP-ядер поддержки АЦП: с поддержкой одного аппаратного модуля АЦП (ядро Modular ADC Core IP core) и с поддержкой двух аппаратных модулей АЦП (ядро Modular Dual ADC Core IP core). Под- держка IP-ядром аппаратного модуля АЦП реализует три основные функции: ● обеспечение собственно преобра- зований, то есть конфигурирование АЦП, генерация сигналов выбора ак- тивного канала для преобразования Таблица 1. Модели ПЛИС семейства MAX10, имеющие встроенные аппаратные модули АЦП Исполнение в корпусе Количество источников питания ПЛИС Количество аппаратных модулей АЦП в ПЛИС Модель ПЛИС 10М04 10М08 10М16 10М25 10М40 10М50 M153 1 1 1 - - - - U169 1 1 1 1 - - - U324 1 1 1 1 - - - 2 1 1 1 - - - F256 2 1 1 1 2 2 2 E144 1 1 1 1 1 1 1 F484 2 - 1 1 2 2 2 F672 2 - - - - 2 2