FPGA高速信号处理及其应用

来源：PE FPGAs are user-programmable semiconductor chips. The advantages to creating a custom silicon-based solution are amazing gains in speed, substantial cost savings, and incredible reductions in size, power consumption, and heat generation. These gains materialize because it is often possible to replace an application-specific integrated circuit (ASIC) chip, a printed circuit board, or even a board set with a single FPGA. FPGA允许工业OEM突破信号处理速度的设计限制。现在，FPGA设计比ASIC设计的优点更多，两个FPGA公司分别是10大芯片供应商之一。 制造半导体芯片是一个留给芯片供应商迄今最复杂的加工过程。后来，在现场可编程门阵列上进行改进，为I/O供应商创建一条可行之路，也为工业机器、机器人、刹车制造商OEM创造他们自己的芯片。 FPGA是用户可编程半导体芯片。创建定制基于芯片的解决方案的优势在速度、大量成本节省、在尺寸、耗电、产生的热上难以置信的降低有令人惊奇的收获。这些收获材料化，因为它经常可能取代一种特定用途集成电路（ASIC）芯片、一种印制电路板（PCB）或用单FPGA设置的电路板。 FPGA已经出现几十年了，但是他们大规模的使用限制于小的应用，例如原型机和仿真系统。每个芯片的逻辑门的数量太低而不能实现实际产品的需求，FPGA太昂贵了。在过去四年里，FPGA技术已有重大改进，并增加它们的普及以及改变它们应用的方式。 FPGA现在集成到主流应用中，例如网络、电子消费品和信号处理上。现在，FPGA设计比ASIC设计的出发点更多，两个FPGA公司分别是10大芯片供应商之一。更多详情，请见http://www.techonline.com/pdf/pavillions/standards/trenz_fpga.pdf。 因此，对工业OEM来说，这意味着什么？从供应商角度来看，现在更容易、更便宜地生产I/O产品。“我们开发一种新的步进电机控制器，它在一块FPGA上带有CPU、浮点处理器、专用计算硬件以及专用脉冲输出硬件，” obert Oglesby说，他是Host Engineering 公司(http://www.hosteng.com)的经理，一家自动化指导的技术提供商。一个更大的、更快的CPU能完成相同的事情，但是在价格、供电和尺寸上需要额外的费用。 因为I/O供应商现在采用FPGA技术生产更好的产品，工业OEM期待能为现货供应的I/O模块更快的产品引进、低成本和增加的性能。这是令人兴奋的新闻，但是对于机器制造商来说，基于FPGA的I/O的最重要的好处是定制I/O信号处理模块。 你曾经 经历利用现有设备不能满足I/O模块的要求吗？也许，你需要特殊的速度要求，或定制通讯协议要求，或许需要精确同步。也许这些因素的结合。 典型地，唯一可用解决方案是tp指定定制硬件和定制软件。众所周知，在所有实际案例中，定制增加成本和定货到交货的时间，对许多工业OEM来说，是技术上不可行的。I/O供应商乐意定制，但是不重现（NRE）的设计成本是惊人的。 当机器制造商有特殊I/O信号处理要求时，供应商现在使用FPGA满足他们的要求。供应商不再采用ASIC和印制电路板来定制产品。 所有的I/O供应商已经使用FPGA创建定制和标准I/O信号处理和信号调节产品，并至少有一家公司现在为OEM提供用FPGA定制I/O产品的工具。 大多数FPGA编程是用被称为Verilog(http://www.verilog.com)的硬件描述语言实现的。当Verilog对芯片设计人员和编程人员来说方便时，实际上，它在某种程度上对大多数OEM是不可思议的。 美国国家仪器(http://www.ni.com) 致力于用名为可重复组态的I/O（RIO）的产品分离这个市场。RIO允许OEM用高级图形编程方式编程FPGA，这种编程方式可在美国国家仪器的LabView产品中发现。NI销售8或16通道电压、电流、RTD、变形测量仪和频率输入RIO模块。每个模块包括用户可编程FPGA芯片。LabView也提供简化FPGA编程的工具。美国国家仪器公司工业控制和测量产品经理Brian MacCleery说：“写一个FPGA应用之后，编码自动编译成数字逻辑并下载到FPGA中。” 许多I/O信号处理任务要求高速和精确同步。把I/O信号传到主控制器的传统的解决方案经常不能满足高速要求。ASIC和定制板是一个解决方案，但是用这些“硬接线”解决方案很难实施重复设计。 FPGA允许OEM虚拟删除作为设计的限制的速度，可反复设计，因为FPGA能重复编程。一旦速度被作为限制而删除，能使用全新的、更好的方法设计I/O信号处理和控制系统。 除了处理I/O信号，安装在带输入和输出的组合I/O电路板的FPGA正被用于创建完全定制的基于芯片的控制器，这种控制器具有空前的处理速度和光一样快的执行时间。