Ich hatte den Eindruck, dass FPGAs lediglich vor Ort programmierbare Gate-Arrays waren, aber ich habe einige Beispielschaltpläne mit Widerständen, Kondensatoren und dergleichen darin gesehen. Kann ein FPGA als solches nur als Ersatz für ICs der 7400-Serie oder auch für Widerstände oder andere passive Komponenten dienen?
FPGAs können sowohl digitale Logik als auch (in Mixed-Signal-FPGAs) einige analoge Komponenten (meist größere Bits wie ADCs/DACs, Komparatoren, PLLs usw.) ersetzen.
Das analoge/passive Äquivalent ist die FPAA , und es gibt bereits einige Beispiele, wie die ispPAC-Reihe von Lattice Semiconductor .
FPGAs können alle Arten von Geräten emulieren (CPUs, Ethernet-Controller, Verschlüsselungszeug), aber das ist nicht, wo FPGAs glänzen. Das Coole an einem FPGA ist, dass es alle möglichen Dinge tun kann, die derzeit nicht existieren!
Sie könnten eine ARM-CPU in einem FPGA emulieren, aber warum sollten Sie das tun, wenn Sie einen echten ARM für 10 % der Kosten kaufen können? Sie könnten eine GPU in einer emulieren, aber es wäre langsamer und viel teurer als der Kauf einer.
Aber Sie könnten Ihr eigenes Gerät entwerfen, das derzeit nicht existiert. Wie wäre es mit einem 3-D-„Mikrofon“, das an eine große Anzahl normaler Mikrofone angeschlossen wird und ein cooles 3-D-„Bild“ mit Techniken erzeugt, die dem Radar mit synthetischer Apertur ähneln? Oder eine Steuerung, die für ein Performance-Art-Ding mit einer großen Auswahl an Servomotoren verbunden ist?
Viele FPGAs werden verwendet, um einen Standardcomputer oder eine eingebettete CPU mit etwas Einzigartigem zu verbinden. Ultraschalltransponder zum Beispiel.
Während Sie also viele Dinge emulieren können, verfehlen Sie den Sinn von FPGAs, wenn Sie ein FPGA nur als etwas betrachten, das andere Dinge emulieren kann.
Ganze Räume voller Hardware wurden durch FPGAs ersetzt.
So ziemlich alles, was ein IC der 7400-Serie kann, kann auch ein FPGA:
Jede digitale Funktion kann mit FPGAs implementiert werden. Mit "Digitalfunktion" meine ich etwas, bei dem jeder Eingang zu einem beliebigen Zeitpunkt entweder "0" oder "1" ist und jeder Ausgang zu einem beliebigen Zeitpunkt entweder "0" oder "1" ist und der Ausgang nur von einigen abhängt Funktion des Eingangs und einige interne digitale Zustände. Kompliziertere Funktionen erfordern im Allgemeinen ein "größeres" FPGA oder eine Partitionierung über mehrere FPGAs.
Einige ICs der 7400-Serie – und die meisten FPGAs – implementieren ein paar Dinge, die nicht ganz zu dieser Definition einer „digitalen Funktion“ passen:
Leider gibt es viele Dinge auf einer Leiterplatte, die nicht durch ein FPGA ersetzt werden können.
Digitale Funktionen, die auch mit hohen Geschwindigkeiten laufen müssen. (Die verfügbaren FPGAs werden immer besser und besser, sodass komplexere und schnellere Systeme daraus gebaut werden können, aber der gleiche Prozess, der zur Herstellung eines vollständig generischen FPGA-Chips verwendet wird, kann auch zur Herstellung einer vollständig benutzerdefinierten CPU oder eines anderen ASIC-Chips verwendet werden das kann etwas mehr Funktionalität auf den Chip packen und ihn deutlich schneller machen -- aber fest verdrahtet, um nur diese eine Sache zu tun). (Bei peinlich parallelen Problemen kann jedoch ein Bündel von FPGAs, von denen jedes parallel an mehreren Teilen des Problems arbeitet, eine Aufgabe schneller und kostengünstiger erledigen als jede vernünftige Anzahl von CPUs – siehe Deep Crack und COPACOBANA ).
Zeitkontinuierliche Funktionen wie PLLs. (Viele FPGAs enthalten jedoch auch eine PLL auf demselben Chip).
Analogfunktionen und HF-Funktionen – reine Basisband-Analogfunktionen wie Anti-Aliasing-Filter, Operationsverstärker, Ethernet-Transformatoren usw.; Mixed-Signal-Funktionen wie Komparatoren, ADCs, DACs usw.; und Hochfrequenzfunktionen wie Überlagerungsmischer. (Wie Ignacio Vazquez-Abrams betonte, gibt es ein paar FPGAs, die einen oder zwei ADC und einen oder zwei DAC enthalten, und es gibt auch FPGA-ähnliche Chips – die FPAA und Mixed-Signal-PSoC usw. – die das können programmiert werden, um einige dieser analogen Funktionen auszuführen). (Es gibt jedoch viele Tricks, mit denen viele analoge Schaltungen und HF durch eine kleine Menge analoger Schaltungen und einen DSP ersetzt werden, und der DSP selbst kann durch ein FPGA ersetzt werden).
Stromkreise: Spannungsregler, Strombegrenzer, Überspannungsschutzschaltungen, H-Brücken, Maximum-Power-Point-Tracker , Leistungsinduktivitäten, PoE-Injektoren, PoE-Splitter usw.
Hochspannungsschaltungen
Antennen
Sensoren
Aktoren, LEDs und andere Anzeigen etc.
Anschlüsse
Ich habe einige Beispielschaltpläne mit Widerständen, Kondensatoren und dergleichen gesehen.
Ich habe Schaltpläne von dem Zeug gesehen, das in ein FPGA gesteckt werden soll, das Pull-up- und Pull-down-Widerstände und viele Boxen der 7400-Serie und andere Logiksymbole zeigt, aber ich habe noch nie eines mit Kondensatoren gesehen. Könntest du mir einen Link geben?
Ich habe viele Schaltpläne von dem Zeug gesehen, das auf eine Leiterplatte passen soll, die eine große Box mit der Aufschrift "FPGA" in der Mitte und viele andere Komponenten darum herum zeigen - Spannungsregler und Kondensatoren, die laut FPGA-Datenblatt für den ordnungsgemäßen Betrieb erforderlich sind das FPGA und andere von der Anwendung benötigte Komponenten, die nicht durch dieses FPGA ersetzt werden konnten.
Nick Alexejew
Schildkröte
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