Современная электроника №2/2021

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 49 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2021 сигнал встроенной в ПЛИС системы PLL (ФАПЧ). В зависимости от модели, ПЛИС семейства MAX10 содержат одну или две системы PLL: или только PLL1, или PLL1 и PLL3. В последнем случае для синхронизации АЦП можно использо- вать любую из имеющихся PLL. В случае использования ПЛИС с двумя аппарат- ными модулями АЦП и двумя PLL воз- можны следующие схемы синхрони- зации АЦП: ● оба модуля АЦПиспользуют для син- хронизации одну и ту же PLL; ● каждый модуль АЦП использует для синхронизации отдельную PLL. В случае если каждый модуль исполь- зует свою PLL, программный инстру- мент монтажа проекта ПЛИС Intel Quartus Prime Fitter в ходе синтеза про- екта ПЛИС автоматически выбирает один из двух вариантов. Если заданные разработчиком частоты выходных син- хросигналов используемых PLL различ- ны, Intel Quartus Prime Fitter оставляет выбранную разработчиком конфигу- рацию синхронизации АЦП неизмен- ной (две PLL). Если же частоты выход- ных синхросигналов используемых PLL заданы одинаковыми, Intel Quartus Prime Fitter оставляет в качестве источ- ника синхронизации обоих модулей АЦП одну PLL, а вторую высвобождает. Опорное напряжение АЦП в ПЛИС В качестве опорного напряжения каждый аппаратный модуль АЦП в ПЛИС может независимо использовать как внутренний, так и внешний источ- ники опорного напряжения. В моделях ПЛИС с двумя модулями АЦП один из этих модулей может использовать вну- тренний источник опорного напряже- ния, а другой – внешний. Однако в каждой ПЛИС имеется только один вход для подачи внешне- го опорного напряжения V REF , поэтому при выборе в качестве опорных напря- жений внешних источников для обоих модулей АЦП в ПЛИС на них поступит одно и то же напряжение с вывода V REF . Встроенный температурный датчик в ПЛИС В составе всех аппаратных модулей АЦП имеется внутренний диодный дат- чик температуры (TSD), сигнал с кото- рого поступает внутри АЦП на вход отдельного канала. При выборе в каче- стве активного входа канала с датчиком температуры частота преобразования АЦП автоматически становится равной 50 квыб/с. При переключении на дру- гой вход частота преобразования АЦП автоматически возвращается к значе- нию 1 Мвыб/с или менее, если задано. При оцифровке сигнала с датчика температуры аппаратный модуль АЦП автоматически производит усреднение напряжения с датчика по 64 выборкам. При этом используется метод бегуще- го среднего. Это означает, что первый результат усреднения вычисляется по истечении 64 выборок и усредняют- ся выборки с 1-й по 64-ю, второй – по усреднению выборок со 2-й по 65-ю, третий – по усреднению выборок с 3-й по 66-ю и т.д. Таким образом, любой результат усреднения, кроме перво- го, выдаётся с выхода АЦП при каждой выборке. Для вычисления текущей темпера- туры кристалла ПЛИС, в которой уста- новлен температурный датчик TSD, используется таблица соответствия температуры выходному коду АЦПпри оцифровке напряжения с датчика, при- ведённая в [1]. Согласно этой таблице, диапазон измеряемых температур дат- чика составляет от –40 до +125°C вклю- чительно. При этом температуре –40°C соответствует выходной код АЦП, рав- ный 3798, температуре +125°C – выход- ной код, равный 3431. Таким образом, области выходного кода размером (3798 – 3431) = 367 младших значащих разрядов (МЗР) соответствует интервал температур 165°C, то есть средняя чув- ствительность датчика с учётом оциф- ровки его выходного сигнала составляет 2,22 МЗР/°C. Заметим, что чувствитель- ность датчика во всем диапазоне изме- ряемых температур неравномерная и на отдельных участках может ухудшаться вплоть до 1 МЗР/°C. Режимы АЦП в ПЛИС Аппаратный модуль АЦП в ПЛИС можетфункционировать в двухрежимах. Нормальный режим. Модуль АЦПосу- ществляет преобразование аналогового сигнала от одного выбранного аналого- вого входа с частотойпреобразования до 1Мвыб/с. ВПЛИС с одним аппаратным модулем АЦП всего доступно до 17 ана- логовых входов: до 16 универсальных и один выделенный. ВПЛИС с двумя моду- лями АЦП в совокупности доступно до 18 аналоговых входов: по восемь уни- версальных и по одному выделенному в каждом аппаратном модуле АЦП. Режим измерения температуры . Модуль АЦП осуществляет преобразова- ние аналогового сигнала от внутренне- го датчика температуры с частотой пре- образования 50 квыб/с. ВПЛИС с двумя модулями АЦП данный режим поддер- живается только первым модулем. АЦП вПЛИС типа Single Supply может оцифровывать входное напряжение в диапазоне от 0 до 3,0 В или до 3,3 В в зависимости от значения напряжения питания ПЛИС. АЦП в ПЛИС типа Dual Supply может оцифровывать входное напряжение в диапазоне от 0 до 2,5 В. В случае использованияфункции пред- делителя на аналоговом входе АЦП в ПЛИС типа Single Supply может оциф- ровывать входное напряжение до 3,6 В, а АЦПвПЛИС типа Dual supply – до 3,0 В. Предделительфизически представляет собой резистивный делитель напряже- ния на входе аналоговогомультиплексо- ра АЦП, принципиальная схема которо- го показа на рисунке 2. Включение или отключение встроенного предделителя на аналоговом входе АЦП может быть осуществлено при задании конфигу- рации модуля АЦП в инструменталь- ной среде разработки проекта ПЛИС Quartus II, о чём будет подробнее рас- сказано ниже. Предделителем снабжены не все ана- логовые входы АЦП, а только один или Таблица 7. Группа параметров упорядочения преобразований IP-ядра Modular ADC Core Название параметра Варианты задания в редакторе Описание Number of slot used От 1 до 64 Указывает количество используемых слотов при упорядочении преобразований. В разделе Conversion Sequence Channel отображаются слоты, доступные в соответствии с количеством выбранных здесь слотов Slot N Номер включённого канала (CH N) Указывает, какой по номеру разрешённый канал АЦП должен использоваться для упорядочения преобразований. Выбранная опция содержит список включённых каналов АЦП из группы параметров Channel Рис. 2. Схема встроенного предделителя на аналоговом входе АЦП ПЛИС