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  • 什么是FPGA和它发展历史

    千次阅读 2019-11-05 11:50:39
    FPGA是什么 FPGA(Field-Programmable Gate Array),即现场可编程门阵列,它在PAL、GAL、CPLD等可编程器件基础...系统设计师可以根据需要通过可编辑的连接把FPGA内部逻辑块连接起来,就好像一个电路试验板被...

    FPGA是什么

    FPGA(Field-Programmable Gate Array),即现场可编程门阵列,它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的,既解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

    系统设计师可以根据需要通过可编辑的连接把FPGA内部的逻辑块连接起来,就好像一个电路试验板被放在了一个芯片里。一个出厂后的成品FPGA的逻辑块和连接可以按照设计者而改变,所以FPGA可以完成所需要的逻辑功能。

    FPGA一般来说比ASIC(专用集成芯片)的速度要慢,无法完成复杂的设计,但是功耗较低。但是他们也有很多的优点比如可以快速成品,可以被修改来改正程序中的错误和更便宜的造价。厂商也可能会提供便宜的但是编辑能力差的FPGA。因为这些芯片有比较差的可编辑能力,所以这些设计的开发是在普通的FPGA上完成的,然后将设计转移到一个类似于ASIC的芯片上。

    FPGA 发展史

    每一个后看来很成功的新事物,从诞生到发展壮大都不可避免地经历过艰难的历程,并可能成为被研究的案例,FPGA也不例外。

    本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/126978.htm
      1985年,当全球首款FPGA产品——XC2064诞生时,注定要使用大量芯片的PC机刚刚走出硅谷的实验室进入商业市场,因特网只是科学家和政府机构通信的神秘链路,无线电话笨重得像砖头,日后大红大紫的BillGates正在为生计而奋斗,创新的可编程产品似乎并没有什么用武之地。

    事实也的确如此。最初,FPGA只是用于胶合逻辑(GlueLogic),从胶合逻辑到算法逻辑再到数字信号处理、高速串行收发器和嵌入式处理器,FPGA真正地从配角变成了主角。在以闪电般速度发展的半导体产业里,22年足够改变一切。“在未来十年内每一个电子设备都将有一个可编程逻辑芯片”的理想正成为现实。

    1985年,Xilinx公司推出的全球第一款FPGA产品XC2064怎么看都像是一只“丑小鸭”——采用2μm工艺,包含64个逻辑模块和85000个晶体管,门数量不超过1000个。22年后的2007年,FPGA业界双雄Xilinx和Altera公司纷纷推出了采用最新65nm工艺的FPGA产品,其门数量已经达到千万级,晶体管个数更是超过10亿个。一路走来,FPGA在不断地紧跟并推动着半导体工艺的进步——2001年采用150nm工艺、2002年采用130nm工艺,2003年采用90nm工艺,2006年采用65nm工艺。

    在上世纪80年代中期,可编程器件从任何意义上来讲都不是当时的主流,虽然其并不是一个新的概念。可编程逻辑阵列(PLA)在1970年左右就出现了,但是一直被认为速度慢,难以使用。1980年之后,可配置可编程逻辑阵列(PAL)开始出现,可以使用原始的软件工具提供有限的触发器和查找表实现能力。PAL被视为小规模/中等规模集成胶合逻辑的替代选择被逐步接受,但是当时可编程能力对于大多数人来说仍然是陌生和具有风险的。20世纪80年代在“megaPAL”方面的尝试使这一情况更加严重,因为“megaPAL”在功耗和工艺扩展方面有严重的缺陷,限制了它的广泛应用。

    然而,Xilinx公司创始人之一——FPGA的发明者RossFreeman认为,对于许多应用来说,如果实施得当的话,灵活性和可定制能力都是具有吸引力的特性。也许最初只能用于原型设计,但是未来可能代替更广泛意义上的定制芯片。事实上,正如Xilinx公司亚太区营销董事郑馨南所言,随着技术的不断发展,FPGA由配角到主角,很多系统设计都是以FPGA为中心来设计的。FPGA走过了从初期开发应用到限量生产应用再到大批量生产应用的发展历程。从技术上来说,最初只是逻辑器件,现在强调平台概念,加入数字信号处理、嵌入式处理、高速串行和其他高端技术,从而被应用到更多的领域。“过去20年来,PLD产品的终极目标一直瞄准速度、成本和密度三个指标,即构建容量更大、速度更快和价格更低的FPGA,让客户能直接享用。”Actel司总裁兼首席执行官JohnEast如此总结可编程逻辑产业的发展脉络。

    当1991年Xilinx公司推出其第三代FPGA产品——XC4000系列时,人们开始认真考虑可编程技术了。XC4003包含44万个晶体管,采用0.7μm工艺,FPGA开始被制造商认为是可以用于制造工艺开发测试过程的良好工具。事实证明,FPGA可为制造工业提供优异的测试能力,FPGA开始用来代替原先存储器所扮演的用来验证每一代新工艺的角色。也许从那时起,向最新制程半导体工艺的转变就已经不可阻挡了。最新工艺的采用为FPGA产业的发展提供了机遇。

    Actel公司相信,Flash将继续成为FPGA产业中重要的一个增长领域。Flash技术有其独特之处,能将非易失性和可重编程性集于单芯片解决方案中,因此能提供高成本效益,而且处于有利的位置以抢占庞大的市场份额。Actel以Flash技术为基础的低功耗IGLOO系列、低成本的ProASIC3系列和混合信号Fusion FPGA将因具备Flash的固有优势而继续引起全球广泛的兴趣和注意。

    Altera公司估计可编程逻辑器件市场在2006年的规模大概为37亿美元,Xilinx公司的估计更为乐观一些,为50亿美元。虽然两家公司合计占据该市场90%的市场份额,但是作为业界老大的Xilinx公司在2006年的营收不过18.4亿美元,Altera公司则为12.9亿美元。PLD市场在2000年达到41亿美元,其后两年出现了下滑,2002年大约为23亿美元。虽然从2002年到2006年,PLD市场每年都在增长,复合平均增长率接近13%,但是PLD终究是一个规模较小的市场。而Xilinx公司也敏锐地意识到,FPGA产业在经历了过去几年的快速成长后将放慢前进的脚步,那么,未来FPGA产业的出路在哪里?

    Altera公司总裁兼首席执行官John Daane认为,FPGA及PLD产业发展的最大机遇是替代ASIC和专用标准产品(ASSP),主要由ASIC和ASSP构成的数字逻辑市场规模大约为350亿美元。由于用户可以迅速对PLD进行编程,按照需求实现特殊功能,与ASIC和ASSP相比,PLD在灵活性、开发成本以及产品及时面市方面更具优势。然而,PLD通常比这些替代方案有更高的成本结构。因此,PLD更适合对产品及时面市有较大需求的应用,以及产量较低的最终应用。PLD技术和半导体制造技术的进步,从总体上缩小了PLD和固定芯片方案的相对成本差,在以前由ASIC和ASSP占据的市场上,Altera公司已经成功地提高了PLD的销售份额,并且今后将继续这一趋势。“FPGA和PLD供应商的关键目标不是简单地增加更多的原型客户,而是向大批量应用最终市场和客户渗透。”John Daane为FPGA产业指明了方向。

    Xilinx公司认为,ASIC SoC设计周期平均是14个月到24个月,用FPGA进行开发时间可以平均降低55%。而产品晚上市六个月5年内将少33%的利润,每晚四周等于损失14%的市场份额。因此,郑馨南雄心勃勃地预言:“FPGA应用将不断加快,从面向50亿美元的市场扩展到面向410亿美元的市场。”其中,ASIC和ASSP市场各150亿美元,嵌入式处理和高性能DSP市场各30亿美元。

    虽然没有像蒸汽机车发明之初备受嘲笑被讥讽为“怪物”,但是FPGA在诞生之初受到怀疑是毫无疑问的。当时,晶体管逻辑门资源极为珍贵,每个人都希望用到的晶体管越少越好。不过,Ross Freeman挑战了这一观念,他大胆预言:“在未来,晶体管将变得极为丰富从而可以‘免费’使用。”如今,这一预言成为现实。

    “FPGA非常适用于原型设计,但对于批量DSP系统应用来说,成本太高,功耗太大。”这是业界此前的普遍观点,很长时间以来也为FPGA进入DSP领域设置了观念上的障碍。而如今,随着Xilinx公司和Altera公司相关产品的推出,DSP领域已经不再是FPGA的禁区,相反却成了FPGA未来的希望所在。

    FPGA对半导体产业最大的贡献莫过于创立了无生产线(Fabless)模式。如今采用这种模式司空见惯,但是在20多年前,制造厂被认为是半导体芯片企业必须认真考虑的主要竞争优势。然而,基于过去和关系和直接、清晰的业务模式,Xilinx创始人之一Bernie Vonderschmitt成功地使日本精工公司(Seiko)确信利用该公司的制造设施来生产Xilinx公司设计的芯片对双方都是有利的,于是,无生产线模式诞生了。

    未来,相信FPGA还将在更多方面改变半导体产业

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    我们如果要比较顺利地把滑动变阻器这个知识点消化吸收,我们主要需要掌握的是变阻器是:

    1、根据什么原理做成的?

    2、滑动变阻器的连接方式?

    滑动变阻器其实质就是一根电阻丝,只不过通过移动滑片P可以改变电阻丝连接到电路中的长度,进而改变电流中的电流和用电器两端的电压。

    滑动变阻器的工作原理:

    滑动变阻器是电学中常用器件之一,它的工作原理是通过改变接入电路部分电阻线的长度来改变电阻的,从而逐渐改变电路中的电流大小。滑动变阻器的电阻丝一般是熔点高,电阻大的镍铬合金,金属杆一般是电阻小的金属,所以电阻丝越长,电阻越大,电阻丝越短,电阻越小。

    滑动变阻器在电路中有三大作用:

    (1)保护电路。即连接好电路,开关闭合前,应调节滑动变阻器的滑片P,使滑动变阻器接入电路部分的电阻最大。

    (2)通过改变接入电路部分的电阻来改变电路中的电流,从而改变与之串联的导体(用电器)两端的电压。在连接滑动变阻器时,要求:“一上一下,重点在下”,金属杆和电阻丝各用一个接线柱,实际连接应根据要求选择电阻丝的两个接线柱。

    (3)改变电压。探究欧姆定律时,起到改变与其串联的用电器两端电压的作用。

    滑动变阻器的连接方式

    关于滑动变阻器的连接方式,其实总的来讲就有六种方法。以下就是滑动变阻器的连接方法。这里我们需要留意的是:在理解滑动变阻器的连接方式上,我们一定要弄明白的是哪一部分连接进去了,以及滑片p发生移动后,滑动变阻器连入电路的电阻是变大了还是变小了。

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    像上面的1图,只连接上端的话,此时滑动变阻器就相当于一根导线,这种连接方式显然是不可以的。所以我们千万不要这样子连接滑动变阻器。2图中,导线只连接下面两个接线柱,此时滑动变阻器相当于一个定值电阻。这样的连接方式也是不可取的。

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    剩下的四种方法,我们可以发现他们有一个共同点:都是一上一下的连接方式。效果相同与否,主要看下端连接的是哪一端,连接哪一端,那么靠近这一端的电阻丝就连接到电路中了。滑片P远离它就是电阻丝变长,电阻变大。滑片P靠近它就是电阻丝变短,电阻变小。

    比如连接的是B端,如果滑片P的移动方向是原理B那么电阻就会变大。靠近B那么电阻就会变小。

    提到这里不知道各位看官能不能理解呢?欢迎留言讨论并关注哦~

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  • 变频电源电源产品重要类型之一,这是一个交流电转换器,可将直流电转换为固定频率,恒定电压或调频交流电(通常为220V,50Hz正弦波),它使用脉宽频率调制技术,电子产品,车辆动力存储等领域都有广泛应用。...

      变频电源是电源产品的重要类型之一,这是一个交流电转换器,可将直流电转换为固定频率,恒定电压或调频交流电(通常为220V,50Hz正弦波),它使用脉宽频率调制技术,电子产品,车辆动力存储等领域都有广泛的应用。有多种方法可以对变频电源进行分类。根据负载谐振模式,它可以分为串联变频电源和并联变频电源,它们之间有什么区别?

    变频电源串联与并联的八大区别
    变频电源串联与并联的八大区别

      一、电源阻抗差异

      串联变频电源的负载电路对电源的阻抗低,需要来自电压源的电源。因此,经过整流和滤波的直流电源的两端应与大型滤波电容器并联连接。如果频率转换失败,则浪涌电流将增加并且保护将变得困难。

      并联变频电源的负载电路对电源具有高阻抗,必须由电流源供电,并且必须在直流电源的末端串联一个大电抗器。但是,如果频率转换失败,则电流会受到大型电抗器的限制,因此影响很小,易于保护。

      二、输出电压与电流差异

      串联变频电源的输入电压是恒定的,输出电压是方波,输出电流类似于正弦波。由于换流是在晶闸管电流超过零后执行的,因此电流总是与电压成φ角。

      并联变频电源的输入电流是恒定的,输出电压类似于正弦波,输出电流是方波。换向是在谐振电容器的电压超过零之前执行的,并且负载电流始终比电压提前一个角度。换句话说,两者都在电容性负载条件下工作。

      三、功率换向方式的差异

      串联变频电源是一个恒压源。为了防止电源短路,必须先打开然后再打开变频电源的上、下臂晶闸管、通勤。也就是说,必须有一段时间才能关闭所有晶闸管(其他电力电子设备)。此时的杂散电感,即从DC端子产生的感应电势到设备的引线电感,可能会损坏设备,因此有必要为设备选择合适的浪涌电压吸收电路。另外,必须在晶闸管两端反并联连接高速二极管,以确保持续的负载电流并在晶闸管关断期间保护晶闸管免受整流电容器的高压影响。

      并联逆变器由恒定电流源供电。为了防止在滤波电抗器Ld中产生大的感应电势,电流必须是连续的。换句话说,您需要确保逆变器的上,下臂晶闸管先导通,然后在换向期间关断。也就是说,所有晶闸管在换向期间都将导通。此时,变频桥臂是直的,但是由于Ld足够大,因此不会发生直流电源短路,但是如果换向时间变长,则系统效率降低,因此需要换向时间,缩短时间。

      四、电源工作频率的差异

      串联变频电源的工作频率必须低于负载电路的固有振动频率。换句话说,您需要有适当的时间。否则,上、下臂将直接连接,并且会发生换向失败。

      并联变频电源的工作频率应略高于负载电路的固有振动频率,以确保适当的背压时间。否则,将导致晶闸管之间的换向失败。但是,如果过高,晶闸管将承受换向。注意,因为反向电压太高。

      五、功率调整方式的差异

      调整串联变频电源的功率有两种方法:更改直流电源电压或更改晶闸管的触发频率,即更改负载功率因数。

      通常,并行逆变器的功率调整方法只能更改直流电源电压。更改负载系数也可能会增加变频输出电压和功率,但会减小允许的调整范围。

      六、电源运行状态差异

      串联逆变器可以自激运行或以其他方式运行。单独工作时,只能通过更改变频触发脉冲的频率来调整输出功率。另一方面,并​​联变频电源通常仅在自激状态下工作。

      七、启动难度的差异

      该系列变频电源易于启动,适合频繁启动工作。另一方面,并​​联变频电源需要附加的启动电路,这使得启动困难。

      八、感应线圈距离差异

      当串联变频电源的感应加热线圈与变频电源(包括储能电容器)之间的距离较长时,对输出功率的影响较小。当使用同轴电缆或将未来的回线尽可能地靠近(扭曲得更好)时,它的影响很小。

      对于并联变频电源,感应加热线圈应尽可能靠近电源(尤其是储能电容器)。否则,输出和效率将大大降低。

      以上是串联变频电源与并联变频电源的区别介绍。从上面可以看出,串联变频电源和并联变频电源之间有很多区别,并且每种都有自己的技术特点和应用领域,并且在各个方面都起着重要的作用。

      吉事励电子(苏州)有限公司专业致力于电力电子变换技术的研发和应用,专业生产变频电源、直流电源、交流负载、直流负载、回馈式电子负载、回馈式电网模拟器、电池模拟器、光伏阵列模拟器、光伏逆变器测试设备、新能源电机电控测试电源及自动化测试系统等产品制造及解决方案厂家,是国内电源行业与测试系统核心技术自动化的高新技术企业。

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