WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

№ 3, март 2004 e mail: ekis СОДЕРЖАНИЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ И МИКРОПРОЦЕССОРЫ В. Охрименко Перспективные сигнальные процессоры фирмы Analog Devices

..................................................................3 В. Охрименко TigerSHARC – сигнальные процессоры для мультипроцессорных систем..............................................10 В. Охрименко Сигнальные процессоры семейства SHARC............................15 В. Охрименко Blackfin – сигнальные процессоры для мобильных приложений......................................................20 ЭЛЕКТРОННЫЕ КОМПОНЕНТЫ И СИСТЕМЫ 2004 март № 3 (79) МАССОВЫЙ ЕЖЕМЕСЯЧНЫЙ НАУЧНО ТЕХНИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ Учредитель и издатель: НАУЧНО ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ФИРМА VD MAIS Зарегистрирован Министерством информации Украины 24.07.96 г. Свидетельство о регистрации: серия КВ, № 2081Б Издается с мая 1996 г. Подписной индекс 40633 Директор фирмы VD MAIS: В.А. Давиденко Главный редактор: В.А. Романов Редакционная коллегия: В.А. Давиденко В.В. Макаренко В.Р. Охрименко Технический редактор: Г.Д. Местечкина Набор: С.А. Чернявская Верстка: М.А. Беспалый Дизайн: А.А. Чабан С.А. Молокович Адрес редакции: Украина, Киев, ул. Жилянская, 29 Тел.: (044) 227 2262, 227 1356 Факс: (044) 227 3668 E mail: ekis Интернет: Адрес для переписки: Украина, 01033 Киев, а/я 942 Цветоделение и печать ДП “Такі справи” т./ф.: 456 9020 Подписано к печати 30.03.2003 Формат 6084/8 Тираж 1500 экз. Зак. № 403 154 Перепечатка опубликованных в журнале материалов допускается c разрешения редакции. За рекламную информацию ответственность несет рекламодатель.

ИНФОРМАЦИОННЫЙ БЮЛЛЕТЕНЬ ФИРМЫ ANALOG DEVICES Усилители.................................................................................... ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ Г. Местечкина Интеллектуальные источники питания...................................... КОНКУРС "ЛУЧШАЯ РАЗРАБОТКА ГОДА" А. Леонтьев, Л. Леонтьева, С. Малик Анализатор xDSL........................................................................ КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ Микроконтроллер со встроенной Flash памятью объемом 1 Мбайт........................................................................48 Транзисторы пополнили семейство светоизлучающих приборов.................................. ВЫСТАВКИ, КОНФЕРЕНЦИИ И СЕМИНАРЫ Конференция: Современные электронные компоненты, приборы и технологии................................................................51 Семинар: Новые решения фирмы Schroff: применение 19" стандарта в области автоматизации и телекоммуникаций...................... e mail: ekis@vdmais.kiev.ua № 3, март CONTENS MICROCONTROLLERS AND MICROPROCESSORS Challenging Analog Devices' DSPs........................................3 TigerSHARC DSPs for Multiprocessing Systems................................................10 SHARC DSP Family................................................................15 Blackfin Processors for Mobile Applications........................ Monthly Scientific and Technical Journal Founder and Publisher: Scientific Production Firm VD MAIS Director V.A. Davidenko Head Editor V.A. Romanov Editorial Board V.A. Davidenko V.V. Makarenko V.R. Ohrimenko Typographier G.D. Mestechkina Type and setting S.A. Chernyavskaya Layout M.A. Bespaly Design A.A. Chaban S.A. Molokovich Address: Zhilyanska St. 29, P.O. Box 942, 01033, Kyiv, Ukraine Tel.: (380 44) 227 2262 (380 44) 227 1356 Fax: (380 44) 227 3668 E mail: ekis@vdmais.kiev.ua Web address: www.vdmais.kiev.ua Printed in Ukraine Reproduction of text and illustrations is not allowed without written permission. ELECTRONIC COMPONENTS AND SYSTEMS March 2004 No 3 (79) THE ANALOG DEVICES SOLUTIONS BULLETIN Amplifiers.............................................................................. POWER SUPPLIES Smart Power Supplies.......................................................... BEST DESIGN ANNUAL CONTEST xDSL Analyzer........................................................................ NEWS BRIEFS Up to 1 MB of On Chip Flash Microcontroller........................48 Transistors Join Family of Light Emitting Devices...................................................... EXHIBITIONS, CONFERENCES, SEMINARS Modern Electronic Components, Instruments and Technologies Conference..............................................51 SCHROFF New Products Seminar.......................................... № 3, март e mail: ekis@vdmais.kiev.ua МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ И МИКРОПРОЦЕССОРЫ ПЕРСПЕКТИВНЫЕ СИГНАЛЬНЫЕ ПРОЦЕССОРЫ ФИРМЫ ANALOG DEVICES В статье дан обзор перспективных сигнальных процессоров фирмы Analog Devices, показаны темпы роста их выпуска и описаны основные преимущества. В. Охрименко На мировом рынке электронных компонентов наи более динамично развивающимся является сектор ци фровых сигнальных процессоров. Львиная доля обще го мирового производства микросхем сигнальных про цессоров в 2002 году принадлежала фирмам Analog Devices (32 %) и Texas Instruments (32 %). Диаграммы распределения уровня продаж сигнальных процессо ров между этими фирмами в 2001 и 2002 годах приве дены на рис. 1 [1]. Темпы роста выпуска сигнальных процессоров во многом обусловлены развитием сетей мобильной сотовой связи, а также увеличением произ водства других средств телекоммуникаций [1 7]. Для цифровой обработки сигналов в настоящее время используются в основном заказные микросхе мы типа FASIC (Function and Algorithm Specific Inte grated Circuit) и ASIC (Applications Specific Integrated Circuit), либо программируемые цифровые сигналь ные процессоры. На долю заказных микросхем типа FASIC/ASIC, которые предназначены для реализации узкоспециализированных функций и алгоритмов, приходится более 60 % общего объема продаж DSP ориентированных процессоров (рис. 2) [1]. Однако вследствие их узкой специализации и невозможности перепрограммирования встроенных функций изгото вители комплексного оборудования при модерниза ции изделий на базе этих микросхем зачастую стал киваются с серьезными проблемами. Подавляющая часть заказных микросхем типа FASIC/ASIC применя ется в высокоскоростных многоканальных DSL моде мах, плейерах МР3, DVD проигрывателях, кодеках для проводных телефонных сетей и т. п. Поскольку за казные микросхемы ориентированы на выполнение узкоспециализированных алгоритмов цифровой об работки, при выполнении этих алгоритмов произво дительность микросхем типа FASIC/ASIC обычно вы ше, чем производительность программируемых циф ровых сигнальных процессоров. На долю последних приходится почти 40 % мирового объема продаж DSP ориентированных процессоров. Сферы приме нения программируемых сигнальных процессоров: устройства для сетей беспроводного и проводного вещания, автомобильная электроника, модемы, из мерительные и медицинские приборы, аудио и ви деотехника, компьютерные приставки и т. п. В послед нее время существенно возросла производитель ность программируемых сигнальных процессоров и расширился спектр выполняемых ими функций, обыч но возлагаемых на микроконтроллеры. Повышение производительности программируемых сигнальных процессоров связано с усовершенствованием архи тектуры и освоением новых технологий изготовления. Важнейшее преимущество программируемых сиг нальных процессоров по сравнению с микросхемами типа FASIC и ASIC – это возможность их применения для реализации разных по назначению устройств и сокращение сроков выхода изделий на рынок. И все же, в настоящее время, несмотря на то, что в современных программируемых цифровых сигналь ных процессорах производительность уже достигла уровня, достаточного для их применения в беспровод ных телекоммуникационных сетях нового поколения (устройствах, поддерживающих GSM, CDMA и EDGE стандарты беспроводного вещания), в большинстве коммерческих устройств, предназначенных для циф Рис. 1. Диаграммы распределения уровня продаж сигнальных процессоров на мировом рынке в 2001 (а) и 2002 (б) годах. По данным аналитического агентства Forward Concepts (США) в 2002 году общий объем продаж DSP составил 13.3 млрд долларов.

e mail: ekis@vdmais.kiev.ua № 3, март МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ И МИКРОПРОЦЕССОРЫ ботки аудио и видеосигналов и постоянная их коррек тировка, а также рождение новых классов устройств для мобильных приложений заставляют производите лей как комплексного оборудования, так и заказных микросхем все чаще и чаще поворачиваться лицом к программируемым сигнальным процессорам, по скольку при их применении модификация и даже пол ная модернизация изделий не влекут за собой перест ройку системы на аппаратном уровне, а во многих слу чаях это позволяет ограничиться только "косметичес ким" изменением программного обеспечения. Сигнальные же процессоры для встраиваемых приложений должны совмещать не только возмож ность высокоскоростной цифровой обработки сигна лов, но и выполнять функции управления/контроля, которые традиционно возлагались на микроконтрол леры. Для встраиваемых и мобильных устройств ха рактерно наличие отдельных кнопок управления или клавиатуры;

дисплея для отображения информации;

большого объема внешней SDRAM и флэш памяти;

источников аудио и видеосигналов (микрофонов и 2 видеодатчиков);

высокоскоростных интерфейсов (I S, SPORT, ITU R 656/601, Microware, SPI, USB 1.1, USB 2.0 2 OTG, UART, IrDA, I С и других), с помощью которых под держивается обмен данными не только с модулями внутри устройства, но и с внешними устройствами (компьютерами, фото или видеокамерами, принтера ми, сканерами, GSM и GPRS модемами, GPS моду лями и другими). Безусловно, сигнальные процессоры для мобильных систем должны отличаться также низ кой стоимостью и небольшими габаритами. Встраива емые модули и устройства широко применяются в ав томобильной электронике (для контроля состояния двигателя и управления его работой), изделиях мас сового потребления, измерительной и медицинской аппаратуре и т. д. Кроме того, немаловажным требованием при выборе программируемого сигналь ного процессора для применения в мобильных уст ройствах является не только его низкое энергопотреб Рис. 2. Диаграмма распределения выпуска DSP ориентированных процессоров по типам ровой обработки сигналов, используются заказные микросхемы типа FASIC/ASIC. В то же время с каждым годом улучшается соотношение стоимость/произво дительность и возрастает уровень производительнос ти программируемых сигнальных процессоров с фик сированной точкой (рис. 3) [1]. Для современных сиг нальных процессоров фирмы Analog Devices соотно шение стоимость/производительность уже составля ет 1 цент/ММACS, а производительность достигла по казателя 3000 MMACS (APSP BF561) [1, 2]. С другой стороны, с переходом на технологию изготовления с проектными нормами 0.13 мкм и менее стоимость разработки и внедрения микросхем с фиксированны ми функциями типа FASIC/ASIC существенно возрас тает. При переходе от технологии 0.15 к технологии 0.09 мкм стоимость разработки комплекта фотошаб лонов для фотолитографического процесса увеличи вается со 100 тыс. до 1 млн долларов. Чтобы оправ дать средства, вложенные в разработку микросхем ти па FASIC/ASIC при переходе к изготовлению микро схем от технологии 0.18 к технологии 0.13 мкм и менее, требуется увеличение объема продаж в четыре раза (рис. 4) [1]. По оценкам некоторых специалистов толь ко один из десяти проектов, связанных с переходом на новую технологию, экономически оправдан, поэтому в последнее время многие производители узкоспециа лизированных микросхем типа FASIC/ASIC при попыт ке снизить стоимость разработок сталкиваются с се рьезными проблемами. В то же время непрекращаю щийся рост количества стандартов цифровой обра Рис. 3. График зависимости производительности и стоимости сигнальных процессоров с фиксированной точкой от года выпуска № 3, март e mail: ekis@vdmais.kiev.ua МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ И МИКРОПРОЦЕССОРЫ xDSL, сонары и другие высокотехнологичные устройства промышленного и военного назначения, в которых необ ходимо обеспечить высокую производительность и мно гоканальную цифровую обработку сигналов в режиме реального времени. Интересно отметить, что сигналь ные процессоры TigerSHARC, анонсированные еще в 1998 году, только с переходом к технологии изготовле ния 0.13 мкм превратились в конкурентоспособные из делия с приемлемым уровнем энергопотребления. Сигнальные процессоры семейства SHARC пред назначены для применения во встраиваемых устрой ствах для обработки аудиосигналов, высококлассной измерительной и контрольной аппаратуре, медицин ской аппаратуре, бытовой электронике, системах распознавания речи, средствах телекоммуникаций и других устройствах, в которых требуется большая вы числительная мощность и развитые средства для вы сокоскоростного обмена данными. Сигнальные процессоры семейства Blackfin ориен тированы на применение в Интернет приложениях (встроенные в ADSP BF535 интерфейсы PCI и USB шины позволяют просто подключать его к устройст вам, имеющим связь с сетью Интернет), в многока нальных модемах, мобильных телекоммуникационных устройствах, переносных фото и видеокамерах, про фессиональной аудио и видеоаппаратуре (ADSP BF531/532/533/561 поддерживают стандартные ин терфейсы передачи видеосигналов ITU R 656/601), а также других устройствах, в которых требуется обес печить высокоскоростную цифровую обработку сигна лов и низкое энергопотребление. В январе 2004 года фирма Analog Devices представила план развития сиг нальных процессоров семейства Blackfin [7]. В тече ние 2004 года намечается выпустить процессоры ADSP BF534/537/539/56х, которые будут отличаться большим объемом памяти и расширенным набором встроенных периферийных устройств (USB 2.0, PCI, 2 10/100 Ethernet, CAN, PPI, I C, таймеров, последова тельных портов). В модификациях сигнальных процес соров будут также содержаться: контроллер LCD дис плея;

контроллер USB 2.0 OTG (On The Go);

модуль, поддерживающий интерфейс ATAPI, что позволит ши роко применять их в мобильных устройствах разного назначения (цифровых персональных ассистентах, мобильных телефонах, фото и видеокамерах, плейе рах MP3 и т. п.) [2]. Диаграмма развития сигнальных процессоров ADSP BF5xx приведена на рис. 5. Следует отметить также и сигнальные процессоры ADSP 2199x, которые относятся к классу DSP контрол леров. Отличительной особенностью DSP контролле ров ADSP 2199x является наличие в них встроенного модуля восьмиканального 14 разрядного АЦП с макси мальной частотой преобразования 20 МГц;

блока мно гофункциональных таймеров, позволяющих формиро вать ШИМ сигнал одновременно по шести каналам;

Рис. 4. График зависимости количества продан ных микросхем типа ASIC, позволяющих сохра нить рентабельность разработки, от технологии изготовления ление, но и возможность динамического управления энергопотреблением в процессе работы устройства. Спрос всегда рождает предложение. В последние годы разработчики фирмы Analog Devices приложили немало усилий для создания и выпуска новых сигналь ных процессоров, отвечающих всем перечисленным требованиям (все выпущенные в последнее время но вые сигнальные процессоры изготовлены на базе тех нологии 0.18 и 0.13 мкм). В результате появились но вые сигнальные процессоры с SHARC архитектурой, новые высокопроизводительные процессоры Tiger SHARC и, безусловно, лидеры среди 16 разрядных программируемых сигнальных процессоров для мо бильных приложений – ADSP BF561/533(HS). К наибо лее перспективным программируемым сигнальным процессорам фирмы Analog Devices относятся: • сверхпроизводительные 32 разрядные сигналь ные процессоры c плавающей точкой семейства TigerSHARC (ADSP TS101/201/202/203) • 32 разрядные сигнальные процессоры c плаваю щей точкой семейства SHARC (Super Harvard AR chitecture Computer) – ADSP 2126x и ADSP 2136x • 16 разрядные сигнальные процессоры с фиксиро ванной точкой семейства Blackfin (ADSP BF531/ 532/533/535/561). Сигнальные процессоры ADSP TS101/201/202/203 – самые мощные процессоры, имеющие не только высо кую производительность (до 4800 миллионов операций умножения с накоплением в секунду), но и развитые встроенные средства, предназначенные для создания эффективных мультипроцессорных систем. Основные сферы применения сигнальных процессоров ADSP TS101/201/202/203: многоканальные базовые станции для сетей сотовой радиотелефонной связи третьего по коления, шлюзы Интернет телефонии, системы обра ботки и сжатия трехмерных графических изображений, радары, многоканальные цифровые абонентские линии e mail: ekis@vdmais.kiev.ua № 3, март МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ И МИКРОПРОЦЕССОРЫ Рис. 5. Диаграмма развития сигнальных процессоров семейства Blackfin CAN контроллера и встроенного интерфейса инкре ментального датчика. DSP контроллеры ADSP 2199x предназначены, главным образом, для применения в системах сбора и обработки данных в режиме реаль ного времени, системах автоматизации технологичес ких процессов, интеллектуальных системах управле ния электродвигателями, источниках бесперебойного питания, робототехнических системах, средствах те лекоммуникаций, интеллектуальных датчиках и т. п. Кроме того, фирма Analog Devices продолжает вы пускать сигнальные процессоры семейства ADSP 218x/9x, предназначенные для замены выпущенных ранее сигнальных процессоров семейства ADSP 21хх при модернизации изделий, построенных на их базе. Все рассмотренные в статье сигнальные процес соры фирмы Analog Devices не имеют встроенной па мяти типа флэш. Устранить этот недостаток позволя ет применение внешних микросхем флэш памяти се мейства DSM (Digital Signal Processor System Memo ry) фирмы STMicroelectronics. Микросхемы памяти DSM были разработаны специально для применения с сигнальными процессорами фирмы Analog Devices (ADSP TS101, ADSP 21161N, ADSP BF5xx, ADSP 218x/9x и другими). Флэш память в микросхемах се мейства DSM имеет защиту от неавторизованного копирования, что исключает возможность считыва ния содержимого микросхем памяти через JTAG порт. Пожалуй, наибольшее преимущество микро схем DSM – встроенная логическая матрица (PLD), что дает возможность реализовывать на их базе до полнительные логические функции, необходимые для полноценной работы проектируемой системы. Обычно для этих целей используются микросхемы программируемой логики (ПЛИС) или дискретные микросхемы (например, серии 74LVCxxx). Полную информацию о параметрах микросхем системной памяти DSM и средствах их программирования мож но найти на Web сайте фирмы STMicroelectronics (http://www.st.com). Микросхемы типа DSM имеют сравнительно небольшой объем встроенной памяти. Если для реализации системы требуется больший объем флэш памяти, то можно применять микросхе мы, выпускаемые фирмой AMD (Advanced Micro De vices). К примеру, микросхема Am290L640D имеет объем 64 Мбит (возможна конфигурация 8М8 бит или 4М16 бит). Память содержит четыре банка. При температуре окружающей среды 25 °С и напряжении питания 3 В средняя длительность записи байта дан ных составляет 4 мкс, длительность стирания всех ячеек памяти – 49 с, время выборки – 90 нс. Прогно зируемое время хранения записанной информации при температуре 125 °С составляет 20 лет. Флэш па мять допускает 1 млн циклов записи. Микросхема флэш памяти Am290L640D изготавливается с ис пользованием технологии 0.23 мкм. Напряжение пи тания от 2.7 до 3.6 В, максимальный ток потребления № 3, март e mail: ekis@vdmais.kiev.ua МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ И МИКРОПРОЦЕССОРЫ 45 мА, типовой – 21 мА. Микросхемы Am29DL640D выпускаются в корпусах типа 63 BGA (размерами 1211 мм), 64 BGA (размерами 1311 мм), 48 TSOP и предназначены для работы в диапазоне температур от -40 до 85 °С или от 55 до 125 °С. В заключение несколько слов об оценке реальной производительности сигнальных процессоров. Досто верно оценить реальную производительность процес соров разных типов при выполнении алгоритмов циф ровой обработки сигналов можно, используя обоб щенный количественный показатель производитель ности, который получают в результате учета времени выполнения программ, реализующих двенадцать ба зовых алгоритмов BDTImark2000 [5]. Эти алгоритмы были предложены независимой ассоциацией BDTI (Berkeley Design Technology, Inc.). В число этих алгорит мов включены наиболее часто встречающиеся алго ритмы, используемые при цифровой обработке сигна лов (алгоритмы реализации адаптивного КИХ фильт ра, двойного биквадратного БИХ фильтра, декодера Витерби, быстрого преобразования Фурье, суммиро вания векторов и т. п.). Ассоциация BDTI основана в 1991 году и специализируется на разработке тестовых программ и алгоритмов, а также выполняет количест венную оценку производительности процессоров раз ных типов. Услугами этой ассоциации пользуются мно гие ведущие производители микропроцессоров, а с результатами тестирования можно ознакомиться на Web сайте ассоциации (http://www.bdti.com). На рис. 6 приведены показатели производительности процес соров разных типов, полученные в результате их тести рования с использованием базовых контрольных алго ритмов BDTImark2000 (декабрь 2003 года) [5]. Как видно из рис. 6, производительность сигналь ного процессора ADSP BF53x с тактовой частотой 600 МГц более чем в три раза превышает производи тельность процессора Intel PXA2xx (XScale), создан ного на базе процессорного ядра ARM (версия 5Т). Справедливости ради надо сказать, что приведенные показатели производительности (см. рис. 6) учитыва ют, главным образом, возможности процессоров при цифровой обработке сигналов. Процессоры серии In tel PXA2xx были созданы специально для мобильных приложений и по сравнению с сигнальными процес сорами семейства Blackfin обладают многими други ми неоспоримыми преимуществами [3, 4]. Например, процессор PXA262 содержит встроенную флэш па мять объемом 256 Мбит и имеет большой набор спе циализированных периферийных устройств, поддер живающих обмен данными со многими стандартными устройствами ввода/вывода. В процессоре PXA262 имеется также кэш память для хранения программ и данных объемом 32 кбайт и два вспомогательных блока кэш памяти объемом по 2 кбайт каждый. К пе риферийным устройствам относятся: многофункцио нальный контроллер внешней памяти, поддерживаю щий обмен данными с памятью типа SDRAM, SRAM, ROM, синхронной ROM и SRAM памятью, флэш па мятью, а также с PCMCIA картами и твердотельными флэш дисками;

контроллер DMA;

контроллер LCD, обеспечивающий формирование изображений с раз решением 10241024 точки (рекомендуемое разре шение 640480 точек);

четыре порта UART с макси мальной скоростью передачи 921.6 кбит/с, один из которых можно использовать для подключения моду ля Bluetooth;

инфракрасный порт, поддерживающий скорость передачи до 4 Мбит/с;

порт USB (версия 2 2 1.1);

порты I C, AC97, I S, порт ММС для подключе ния multimedia карт;

два синхронных последователь ных порта (SSP) со скоростью передачи данных до 1.84 Мбит/с, совместимых с протоколами Microwire и SPI;

таймер реального времени;

таймер, формирую щий сигналы прерывания для операционной системы;

два генератора ШИМ сигнала;

контроллер прерыва Рис. 6. Показатели производительности (BDTImark2000) для процессоров разных типов e mail: ekis@vdmais.kiev.ua № 3, март МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ И МИКРОПРОЦЕССОРЫ Показатели быстродействия сигнального про цессора ADSP BF533 при выполнении тестовых алгоритмов Consumer Benchmarks действия при выполнении программ, реализующих ал горитмы, приведенные в таблице: Compress JPEG, De compress JPEG, High Pass Gray scale filter, RGB to CMYK Conversion, RGB to YIQ Conversion [6]. Усредненный по казатель производительности Consumer Benchmarks вычисляется с учетом быстродействия выполнения от дельных алгоритмов (см. таблицу) по формуле: где а1, а2, … аn – показатели быстродействия при вы полнении отдельных алгоритмов. На рис. 7 приведены усредненные показатели производительности (Con sumer Score) для некоторых типов процессоров [6]. Несомненно, новые программируемые сигналь ные процессоры фирмы Analog Devices благодаря широкому набору встроенных периферийных уст ройств для обмена данными с "внешним миром", вы сокой производительности, низкому уровню энерго потребления и стоимости, небольшим габаритам с успехом можно применять во встраиваемых и мо бильных устройствах самого разного назначения.

ний;

порты ввода/вывода общего назначения. Микро схема PXA262 выпускается в корпусе типа 294 BGA (размерами 1313 мм) и предназначена для работы в диапазоне температур от 40 до 85 °С. Процессоры PXA26x благодаря наличию в них большого количест ва встроенных периферийных контроллеров и низко му потреблению предназначены для применения в мобильных телефонах, карманных компьютерах и других мобильных устройствах. Структура процессо ра PXA262 напоминает "много слойный пирог", в котором каж дый может найти “прослойку с необходимой начинкой”. Оценкой производительнос ти процессоров, предназначен ных для встраиваемых систем, занимается также консорциум EEBMC (Embedded Microproces sor Benchmark Consortium), сформированный в 1997 году [6]. В число членов консорциума входят многие ведущие произ водители микропроцессорной техники (Analog Devices, Atmel, AMD, Fujitsu Microelectronics, In tel, IBM, Motorola, National Semi Рис. 7. Показатели производительности (Consumer Score) conductor, NEC Electronics, Philips для процессоров разных типов Semiconductor, Samsung Elec tronics, Texas Instruments и другие). Консорциум был со Более полную информацию обо всех сигнальных здан для разработки принципов и методик тестирова процессорах фирмы Analog Devices можно найти в се ния микропроцессоров, предназначенных для встраи ти Интернет по адресу: http://www.analog. com/dsp ваемых приложений. В результате усилий специалис ЛИТЕРАТУРА: тов был определен перечень тестовых алгоритмов для 1. The Rise of Embedded Media Processing. – Analog оценки реальной производительности микропроцессо Devices, 2003 (http://www.analog.com). ров, предназначенных для использования во встраива 2. Analog Devices Announces Portfolio Of Blackfin емых системах разного назначения. Учитывая быстро Processors For Portable, Automotive And Networked En действие микропроцессоров при выполнении ими tertainment Applications. – Analog Devices, 2004 специально отобранных алгоритмов, получают усред (http://www.analog.com). ненные показатели производительности. Оценка 3. Intel® PXA26x Processor Family Developer's Ma производительности микропроцессоров, предназна nual. – Intel, March 2003 (http://www.intel.com). ченных для встраиваемых приложений, выполняется в 4. http://www.intel.com нескольких категориях, соответствующих области их 5. http://www.bdti.com применения. Производительность микропроцессоров в 6. http://www.eembs.org категории Consumer определяется с учетом их быстро 7. http://www.analog.com e mail: ekis@vdmais.kiev.ua № 3, март МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ И МИКРОПРОЦЕССОРЫ TigerSHARC СИГНАЛЬНЫЕ ПРОЦЕССОРЫ ДЛЯ МУЛЬТИПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ igerSHARC – сверхпроизводительные 32 разрядные сигнальные процессоры с плавающей точкой, предназначенные, в первую очередь, для создания мощных мультипроцессорных систем. Сигнальные процессоры этого семейства типа ADSP TS201/2/3 по итогам престижного конкурса "Top 100 Products of 2003", ежегодно проводимого журналом EDN, вошли в число ста лучших изделий 2003 года [1]. В. Охрименко Во многих случаях для реализации сложных алго ритмов цифровой обработки сигналов (например, в базовых устройствах для беспроводных широкопо лосных сетей третьего поколения) вычислительная мощность одного цифрового сигнального процессора недостаточна. Поэтому для увеличения производи тельности возникает необходимость объединения сигнальных процессоров в мультипроцессорную сис тему. Архитектура сигнальных процессоров Tiger SHARC и ориентирована, в первую очередь, на со здание высокопроизводительных мультипроцессор ных систем. Отличительной особенностью всех сиг нальных процессоров семейства TigerSHARC (ADSP TS101/201/202/203) является наличие развитых средств ввода/вывода данных, которые позволяют поддерживать интенсивный межпроцессорный об мен данными и командами, что, в конечном счете, и дает возможность создавать на их базе высокоэф фективные микропроцессорные системы. Мультипроцессорная система – вычислительная система, состоящая из двух и более процессоров. Ос новное преимущество мультипроцессорной системы заключается в возможности ее реконфигурации для эффективной реализации конкретного алгоритма. Ре конфигурация системы подразумевает не простое физическое изменение связей, установленных между отдельными процессорами в системе, а изменение, в первую очередь, направления и скорости передачи данных и команд в пределах системы, что, в конечном счете, и позволяет реализовать интенсивную мульти процессорную обработку данных. Чтобы организо вать эффективную совместную работу отдельных процессоров для осуществления необходимых вы числений, каждый из процессоров должен иметь мощные встроенные средства для выполнения высо коскоростной передачи данных. Обычно для межпро цессорного обмена используются внешняя память, доступная всем процессорам в системе, или незави симые каналы связи, непосредственно соединяющие отдельные процессоры. Все сигнальные процессоры семейства Tiger SHARC предназначены для построения мультипро цессорных систем с реконфигурируемой архитекту рой. Внешний порт со встроенной логикой арбитража доступа к внешней шине позволяет организовать кла стеры процессоров, в которых обмен данными выпол няется через общую память без каких либо дополни тельных аппаратных затрат. Четыре или два (ADSP TS203) высокоскоростных 8 разрядных Link порта предназначены для непосредственного обмена дан ными между процессорами или внешними устройст вами. При этом управление передачей данных осуще ствляется с помощью 14 канального контроллера прямого доступа к памяти (DMA). Уникальные воз можности сигнальных процессоров TigerSHARC обес печивают создание высокопроизводительных мульти процессорных структур с реконфигурируемой архи тектурой, что дает возможность реализовать самые сложные алгоритмы цифровой обработки сигналов в режиме реального времени. Семейство сигнальных процессоров TigerSHARC включает процессоры первого (ADSP TS101) и второ го (ADSP TS201/2/3) поколений. Архитектура ADSP TS201/2/3 базируется на структуре процессорного ядра ADSP TS101 и отличается большим объемом встроенной памяти типа DRAM [1 7]. В отличие от процессора ADSP TS101, имеющего сравнительно небольшой объем стандартной памяти типа SRAM, в новых сигнальных процессорах ADSP TS201/2/3 со держится встроенная динамическая память с произ вольным доступом (DRAM) довольно большого объе ма. Эта память разработана фирмой IBM Microelec tronics, которая является лидером в выпуске DRAM памяти на кремниевых пластинах большого диаметра (300 мм). Кроме того, фирма IBM Microelectronics за нимает передовые позиции в разработке новых тех нологий производства полупроводниковых структур. Использование в новых сигнальных процессорах ADSP TS201/2/3 динамической памяти вместо тради ционной статической позволило увеличить общий уровень производительности вычислительного ядра процессоров, уровень интеграции сигнальных про цессоров этого типа, повысить их надежность, умень шить мощность потребления и габариты мультипро цессорных систем, создаваемых на базе этих процес T № 3, март e mail: ekis@vdmais.kiev.ua МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ И МИКРОПРОЦЕССОРЫ соров. За последние годы это уже второй тип сиг нальных процессоров (первыми были ADSP 2153х), разработанных специалистами фирмы Analog Devices совместно со специалистами других фирм, занимаю щих лидирующее положение на мировом рынке инте гральной электроники. Кроме того, соглашением о сотрудничестве между фирмами Analog Devices и IBM Microelectronics предусматривается создание ряда новых высокопроизводительных сигнальных процес соров, применение которых позволит уменьшить ко личество используемых процессоров и увеличить объем общей памяти в одном мультипроцессорном кластере, что обеспечит повышение общей произво дительности. В таблице 1 приведены основные параметры сиг нальных процессоров семейства TigerSHARC [3 7]. Все процессоры этого семейства содержат высоко производительное вычислительное ядро, которое от носится к системам типа SIMD (Single Instruction Multi ple Data);

большой объем встроенной статической (ADSP TS101) или динамической памяти (ADSP TS201/2/3);

мощные периферийные контроллеры, поддерживающие высокоскоростной обмен данными в мультипроцессорных системах. Архитектура процес сорного ядра сочетает все достоинства RISC (Reduced Instruction Set Computer), VLIW (Very Long Instruction Word) и традиционной архитектуры цифровых сиг нальных процессоров. Для обработки потоков данных в этих сигнальных процессорах имеется два полно ценных вычислительных устройства PEX и PEY (как и в ADSP 21161), содержащие ALU, умножитель/накопи тель 3232 разряда с 80 разрядным аккумулятором, 64 разрядное устройство циклического сдвига, регис тровый файл объемом тридцать два 32 разрядных ре гистра. Кроме того, имеется еще два дополнительных целочисленных 32 разрядных ALU (JALU и KALU). Таким образом, четыре ALU позволяют выполнять параллель но четыре операции с 32 разрядными числами. В то же время, хотя сигнальные процессоры семейства Tiger SHARC относятся к 32 разрядным процессорам с плавающей точкой, возможности их архитектуры и организация работы вычислительных устройств поз воляют выполнять операции с 8, 16, 32 и 64 раз рядными числами с фиксированной точкой. В каж дом цикле в процессорном ядре могут выполняться четыре инструкции, включающие до двадцати четы рех операций с 16 разрядными числами с фиксиро ванной точкой или до шести операций с числами с плавающей точкой. На рис. 1 приведен формат дан Рис. 1. Формат обрабатываемых в ALU данных ных, обрабатываемых в ALU. Возможность работы с данными, представленными в разных форматах, позволяет значительно увеличить производитель ность этих сигнальных процессоров. Кроме того, вспомогательные целочисленные ALU могут рабо тать в двух режимах. В первом JALU и KALU исполь зуются в качестве генераторов адресов при косвен ной адресации к встроенной и внешней памяти, во втором – для целочисленной обработки данных (вы полнения операций сложения, вычитания и т. п.). Ар хитектура самого производительного сигнального процессора ADSP TS201S приведена на рис. 2. Все вычислительные устройства и блоки памяти процес сора объединены четырьмя 128 разрядными шина ми данных. Максимальная производительность ADSP TS201 составляет 4800 МMACS (миллионов операций умно жения с накоплением в секунду). Длительность вы полнения некоторых базовых тестовых программ при ведена в таблице 2 [3 6]. Скорость обмена данными и максимальная производительность сигнальных про Таблица 1. Основные параметры сигнальных процессоров семейства TigerSHARC e mail: ekis@vdmais.kiev.ua № 3, март МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ И МИКРОПРОЦЕССОРЫ Рис. 2. Архитектура сигнального процессора ADSP TS201 цессоров TigerSHARC приведены в таблице 3 [3 6]. Сигнальный процессор ADSP TS201 содержит шесть блоков динамической памяти общим объемом 24 Мбит. Процессор ADSP TS101 имеет три блока встроенной памяти (SRAM). В каждом из блоков могут храниться как данные, так и программный код. Кроме того, в каждом блоке встроенной памяти имеется сег мент кэш памяти объемом 128 кбит. Длительность обращения к кэш памяти составляет один цикл. Структура встроенной памяти и четыре независимых шины данных обеспечивают максимальную скорость обмена данными со встроенной памятью 33.6 Гбайт/с. 14 канальный контроллер прямого до ступа к памяти (DMA) выполняет пересылки данных одновременно с работой процессорного ядра. Кроме контроллера DMA важным средством для поддержа ния высокоскоростного обмена данными с общей па мятью является контроллер внешнего порта (EXTER NAL PORT). Внешние 64 разрядная мультиплексируе мая шина данных и 32 разрядная шина адреса обес печивают интерфейс не только с внешней памятью (SRAM или SDRAM), но и с хост процессором. Обмен данными с хост процессором выполняется в режиме "захвата" внешней шины. Синхронизация процесса "захвата" осуществляется посредством простого протокола, в котором используются два сигнала. Хост процессор может выполнять операции записи или чтения ячеек встроенной памяти, а, кроме того, имеет доступ к регистрам управления/контроля ADSP TS201. Обмен данными с хост процессором Таблица 2. Длительность выполнения некоторых базовых программ № 3, март e mail: ekis@vdmais.kiev.ua МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ И МИКРОПРОЦЕССОРЫ Таблица 3. Скорость обмена данными и максимальная производительность сигнальных процессоров семейства TigerSHARC После включе ния питания встроенная па мять ADSP TS201 может быть загру жена програм мным кодом из внешней EPROM памяти c помо щью хост процессора, в качестве которого можно ис пользовать, например, другой ADSP TS201/2/3, или через один из Link портов. Кроме того, после включе ния питания возможно также выполнение программы по одному из четырех адресов из внешней или встро енной памяти. После включения питания процессор ное ядро ADSP TS201 всегда переходит в "холостой" режим и ожидает сигнала прерывания для начала ра боты. Для работы сигнального процессора ADSP TS201 необходимо несколько источников напряжения пита ния. Напряжение питания процессорного ядра со ставляет 1.20±0.06 В, буферных схем ввода/вывода – 2.50±0.13 В, динамической памяти – 1.500±0.075 В;

для работы системы ФАПЧ необходим источник на пряжением 1.20±0.06 В. Встроенный в процессоры JTAG порт обеспечива ет возможность тестирования микросхем ADSP TS201. С помощью стандартных внутрисхемных эму ляторов, подключаемых к JTAG порту, осуществляет ся управление работой сигнального процессора в процессе отладки программного обеспечения, в том числе и в процессе работы мультипроцессорной сис темы. Сигнальные процессоры ADSP TS201 имеют встроенную систему ФАПЧ, с помощью которой фор мируются тактовые сигналы для работы процессор ного ядра, периферийных контроллеров и Link пор тов. В сигнальном процессоре ADSP TS201 имеется два 64 разрядных таймера. Для разработки и отладки прикладного программ ного обеспечения фирма Analog Devices предлагает интегрированную программную среду IDE (Integrated может выполняться и в пакетном режиме. Контроллер внешнего порта поддерживает скорость передачи данных через внешнюю шину до 1 Гбайт/с. Контрол лер синхронной динамической памяти обеспечивает интерфейс со стандартными микросхемами SDRAM памяти объемом 16, 64, 128 или 256 Мбит. В отличие от SHARC процессоров ADSP 2116x, в сигнальных процессорах семейства TigerSHARC от сутствуют последовательные порты. Для реализации непосредственного обмена данными между сигналь ными процессорами семейства TigerSHARC в процес сорах ADSP TS201/2/3 предусмотрены только высо коскоростные Link порты. Более того, контроллеры Link портов, реализованные в сигнальных процессо рах ADSP TS201/213 (в отличие от ADSP 21161N и ADSP TS101S), осуществляют двунаправленную пе редачу данных в стандарте LVDS (Low Voltage Differen tial Signaling). Интерфейс LVDS предназначен для вы сокоскоростной передачи данных как между устрой ствами, расположенными на одной печатной плате, так и между платами одного устройства. Максималь ная длина линий связи между устройствами, предус мотренная в стандарте LVDS, составляет 10 метров. Контроллеры Link портов могут работать одновре менно и независимо друг от друга. Каждый из Link портов может работать в режиме передачи 8 разряд ных данных или передачи и приема 4 разрядных. Син хронизация передаваемых данных осуществляется управляющими и тактовым сигналами. Стробирова ние данных осуществляется по каждому фронту такто вого сигнала, поэтому при максимальной частоте сиг нала стробирования 500 МГц скорость передачи дан ных через каждый порт со ставляет 1 Гбайт/с. Тактовая частота Link портов в процес сорах ADSP TS202/203 со ставляет 250 МГц. Link порты имеют буферизованные вход ные и выходные регистры данных, которые доступны как для процессорного ядра, так и контроллера DMA. Link порты – мощнейшее средство создания разнообразных ар хитектур мультипроцессор Рис. 3. Пример мультипроцессорной системы, построенной ных систем. на базе сигнального процессора ADSP TS e mail: ekis@vdmais.kiev.ua № 3, март МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ И МИКРОПРОЦЕССОРЫ Development Environment), которая включает про граммный пакет Visual DSP++, оценочную плату и вну трисхемные эмуляторы, подключаемые к USB порту или PCI шине персонального компьютера. В настоящее время фирма Analog Devices предла гает сигнальные процессоры TigerSHARC по следую щим ценам (в партии 10 тыс. шт.): • ADSP TS201 (тактовая частота 600 МГц, объем памяти 24 Мбит) – $ 299 • ADSP TS201 (тактовая частота 500 МГц, объем памяти 24 Мбит) – $ 207 • ADSP TS202 (тактовая частота 500 МГц, объем памяти 12 Мбит) – $ 149 • ADSP TS203 (тактовая частота 500 МГц, объем памяти 4 Мбит) – $ 34.95. Более полную информацию о сигнальных процес сорах семейства TigerSHARC и средствах их отладки можно найти в сети Интернет по адресу: http://www.analog. com/dsp ЛИТЕРАТУРА: 1. Analog Devices honored with industry awards for leading edge products of 2003. Press Release. – Analog Devices, 2003 (http://www.analog.com). 2. Analog Devices and IBM collaborate on new family of high performance DSPs. Press Release. – Analog De vices, 2003 (http://www.analog.com). 3. TigerSHARC. Embedded Processor ADSP TS101S. – Analog Devices, 2003 (http://www.analog.com). 4. TigerSHARC. Preliminary Technical Data Embed ded Processor ADSP TS201S. – Analog Devices, 2003 (http://www.analog.com). 5. TigerSHARC. Preliminary Technical Data Embed ded Processor ADSP TS202S. – Analog Devices, 2003 (http://www.analog.com). 6. TigerSHARC Preliminary Technical Data Embedded Processor ADSP TS203S. – Analog Devices, 2003 (http://www.analog.com). 7. http://www.analog.com № 3, март e mail: ekis@vdmais.kiev.ua МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ И МИКРОПРОЦЕССОРЫ СИГНАЛЬНЫЕ ПРОЦЕССОРЫ СЕМЕЙСТВА SHARC Ф ирма Analog Devices продолжает пополнять семейство высокопроизводительных сигнальных процессоров с SHARC архитектурой новыми изделиями. В 2003 году были представлены новые сигнальные процессоры ADSP 21262/266/267/364/365. В. Охрименко Термин "cупергарвардская архитектура" (SHARC архитектура) начал применяться после выпуска фир мой Analog Devices сигнальных процессоров ADSP 2106x. В отличие от классической гарвардской архи тектуры, которая основана на двух независимых бло ках памяти программ и данных, а также двух незави симых шинах для обмена с памятью программ и дан ных соответственно, в архитектуру сигнальных про цессоров ADSP 2106x/2116x семейства SHARC до бавлены кэш память программ и специализирован ный контроллер ввода/вывода. Из за специфических особенностей алгоритмов цифровой обработки сиг налов часть команд при выполнении алгоритмов ис пользуется многократно, поэтому если разместить эти команды в кэш памяти, можно увеличить эффек тивность обмена по шине программ, используя ее в отдельные интервалы времени для выборки данных (коэффициентов). Все сигнальные процессоры се мейства SHARC имеют встроенную ассоциативную кэш память программ объемом тридцать два 48 раз рядных слова. С помощью контроллера ввода/вывода осуществляются пересылки данных в режиме прямо го доступа к памяти между встроенной памятью и пе риферийными устройствами, что также повышает производительность процессорного ядра. Во всех новых SHARC процессорах, как и в ранее выпущенных процессорах ADSP 2116x, используется одно и то же базовое процессорное ядро [1 8]. При этом тактовая частота процессорного ядра увеличе на со 100 (ADSP 21161N) до 300 МГц (ADSP 21364/365) [6,7]. Процессорное ядро ADSP 2116x со держит два полноценных вычислительных устройства (PEX и PEY) и относится к вычислительным системам типа SIMD (Single Instruction Multiple Data – один по ток команд, много потоков данных). Каждое вычисли тельное устройство имеет 10 портовый регистровый файл, содержащий тридцать два 32 разрядных реги стра. С помощью регистровых файлов поддерживает ся обмен данными между вычислительными устрой ствами и встроенной памятью. В SHARC процессорах благодаря использованию супергарвардской архи тектуры появилась возможность в течение одного цикла выполнять выборку инструкции из кэш памяти программ и четырех операндов из встроенных блоков памяти. Для сравнения производительности новых сигнальных процессоров SHARC в таблице 1 приведе но время выполнения некоторых базовых алгоритмов и математических операций. Архитектура процессор ного ядра и встроенной памяти сигнального процес сора ADSP 21262 приведена на рис. 1 [3]. В таблице 2 даны основные параметры новых сигнальных процес соров SHARC [2 7]. При разработке новых SHARC процессоров ста вилась цель, используя высокопроизводительную и гибкую архитектуру процессорного ядра ADSP 2116x, создать сигнальный процессор с пониженным энергопотреблением;

расширить его функциональ ные возможности за счет интеграции большего на бора периферийных устройств, поддерживающих связь с разными стандартными и нестандартными внешними устройствами ввода/вывода данных;

уменьшить габаритные размеры корпуса;

снизить стоимость микросхемы. Для уменьшения количества выводов, а следовательно, и размеров корпуса в но вых SHARC процессорах уменьшена разрядность внешних шин адреса и данных. Вместо традицион Таблица 1. Длительность выполнения некоторых базовых алгоритмов и математических операций e mail: ekis@vdmais.kiev.ua № 3, март МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ И МИКРОПРОЦЕССОРЫ Рис. 1. Архитектура процессорного ядра и встроенной памяти сигнального процессора ADSP 21262 ного для сигнальных процессоров ADSP 2106x/16x многоразрядного внешнего порта (EXTERNAL PORT) [2], поддерживающего хост интерфейс и межпро цессорный обмен данными через общую память, но вый ADSP 21262 содержит параллельный порт (РР – Parallel Port), в котором для адресации и передачи данных используется всего 16 линий ввода/вывода. Для управления передачей данных используются три сигнала (RD, WR, ALE). Контроллер параллельно го порта поддерживает обмен данными по внешней мультиплексируемой шине в 8 разрядном (24 раз рядное адресное пространство) или 16 разрядном формате (16 разрядное адресное пространство). В ADSP 21262 используется мультиплексируемая ши на адреса/данных. Параллельный порт обеспечива ет работу с внешней памятью типа SRAM с использо ванием каналов прямого доступа к памяти. Макси мальная скорость передачи данных через парал лельный порт составляет 66 Мбайт/с при тактовой частоте процессора 200 МГц. Уменьшение разряд ности внешней шины адреса/данных по сравнению с сигнальным процессором ADSP 21161N привело к резкому сокращению скорости обмена по этой ши не, вследствие чего пришлось отказаться от мульти процессорного обмена через общую память. Кроме того, в новых процессорах SHARC отсутствуют также высокоскоростные Link порты, имеющиеся в ADSP 21161N и предназначенные, главным образом, для организации обмена данными между отдельными процессорами в многопроцессорной системе. Сле дует отметить, что новый процессор ADSP 21262 не совместим по расположению выводов и их назначе нию с выпущенными ранее сигнальными процессо рами ADSP 2106x/2116x. Кроме того, в новых про цессорах ADSP 21262 уменьшено напряжение пита ния процессорного ядра до 1.2 В, что позволило поч Таблица 2. Основные параметры сигнальных процессоров SHARC № 3, март e mail: ekis@vdmais.kiev.ua МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ И МИКРОПРОЦЕССОРЫ ти в два раза снизить ток потребления по сравнению с ADSP 21161N. В процессоре ADSP 21262 предусмотрен режим загрузки программного кода из внешней памяти ти па EPROM или флэш. С помощью программы на чальной загрузки осуществляется пересылка про граммного кода во встроенную память из внешней 8 разрядной EPROM памяти или через порт SPI в режиме master или slave. В качестве памяти про грамм можно использовать также встроенную ма сочную ROM память объемом 4 Мбит (ADSP 21262/ 21365). В сигнальных процессорах ADSP 2106x/16x память типа ROM отсутствует. Сигнальный процес сор ADSP 21262 содержит два блока встроенной двухпортовой памяти: SRAM объемом 2 Мбит и ма сочную ROM объемом 4 Мбит. Сигнальные процес соры ADSP 21364 содержат четыре блока SRAM па мяти общим объемом 3 Мбит и два – ROM памяти объемом 4 Мбит. В процессорах ADSP 21262 преду смотрена защита ROM памяти от неавторизованного копирования, что исключает возможность ее считы вания. В режиме защиты не поддерживается воз можность начальной загрузки программного кода из внешней памяти. Выполнение программы в этом слу чае всегда начинается по адресу, относящемуся к пространству встроенной SRAM или ROM памяти. Следует отметить, что процессоры ADSP 21266 мо гут поставляться с уже запрограммированной памя тью, содержащей код для реализации кодеков: PCM 96 kHz, Dolby Digital, Dolby Digital EX, DTS ES Discrete 6.1, DTS ES Matrix 6.1, DTS 96/24 5.1, MPEG2 AAC LC, MPEG2 BC 2ch, Dolby Pro Logic II и DTS Neo:6. Структура контроллера ввода/вывода сигнального процессора ADSP 21262 приведена на рис. 2. Кон троллер ввода/вывода сигнального процессора ADSP 21262 содержит: • 22 канальный контроллер (ADSP 21262) прямого доступа к памяти, с помощью которого выполня ется обмен данными между встроенными и внеш ними периферийными устройствами и памятью • последовательный порт (SPI) • параллельный порт (PP) • цифровой интерфейс пользователя (DAI – Digital Application Interface). Скорость передачи данных через полнодуплекс ный порт SPI устанавливается на программном уров не. Контроллер порта SPI поддерживает работу в двух режимах: master и slave. Модуль DAI содержит шесть последовательных портов (SPORT), входной порт (IDP), три таймера, так товый генератор повышенной точности. Каждый из шести последовательных портов можно использовать как для приема, так и передачи данных. Максималь ная тактовая частота сигнала стробирования данных составляет 1/4 частоты тактового сигнала процессор ного ядра, при этом максимальная скорость обмена данными через порт SPORT составляет 50 Мбит/с. Каждый из последовательных портов, кроме того, обеспечивает обмен данными в режимах, поддержи 2 вающих протоколы TDM (Time Division Multiplex) и I S 2 (Inter Integrated Circuit Sound). Интерфейс I S широко применяется для обмена данными с микросхемами аудиокодеков, АЦП и ЦАП. Формат передаваемых данных через порт SPORT можно изменять в диапа зоне от 3 до 32 бит. Кроме того, предусмотрена воз можность компандирования входных данных соглас но А или µ закону и передача/прием данных как в формате little, так и big endian. Для подключения внешних устройств имеется 20 внешних линий ввода/вывода. Встроенный в модуль DAI блок матричного коммутатора SRU (Signal Routing Unit) обеспечивает подключение выбранных пользо вателем периферийных устройств процессора к ли ниям ввода/вывода. Таким образом, в результате кон фигурирования модуля DAI пользователь получает возможность использовать только необходимые для конкретного приложения периферийные устройства процессора. Подобный подход позволил также сокра тить количество выводов микросхемы. Гибкость и расширенные функциональные возможности кон троллера ввода/вывода, интегрированного в новых процессорах SHARC, в сочетании с высокой произво дительностью вычислительного ядра обеспечивают возможность создания на базе этих сигнальных про цессоров унифицированных платформ, отличающих ся небольшой стоимостью. Реализованные в процес сорах ADSP 21262/266/267/364/365 контроллеры ввода/вывода имеют разные функциональные воз можности [2 8]. Например, если не требуется под Рис. 2. Структура контроллера ввода/вывода сигнального процессора ADSP e mail: ekis@vdmais.kiev.ua № 3, март МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ И МИКРОПРОЦЕССОРЫ ключение внешней памяти к процессору ADSP 21266, то адресные линии (AD0…AD15) параллельного порта можно использовать в качестве программируемых флагов (FLAG0…FLAG15) [4]. Процессор ADSP 21262 содержит четыре тайме ра: один используется для генерации сигналов периодических прерываний для процессорного яд ра, три других, размещенных в модуле DAI – как тай меры общего назначения для формирования ШИМ сигнала или в качестве "сторожевого" таймера. Сигнальные процессоры ADSP 21262 содержат про граммно управляемую встроенную систему ФАПЧ (PLL) для генерации сигнала тактовой частоты про цессорного ядра и периферийных устройств. ФАПЧ работает в режимах деления и умножения базовой тактовой частоты. Через стандартный JTAG порт выполняется тести рование микросхем сигнальных процессоров и обмен данными с внутрисхемным эмулятором в процессе отладки прикладного программного обеспечения. Сигнальные процессоры ADSP 21262 изготавлива ются с использованием технологии 0.13 мкм. Для ра боты ADSP 21262 необходимы источники питания с напряжением 1.20±0.06 В (питание процессорного яд ра и системы ФАПЧ) и 3.30 ±0.17 В (питание буферных схем ввода/вывода). Максимальный ток потребления при тактовой частоте 200 МГц составляет 0.5 А [3]. Более полную информацию о сигнальных процес сорах семейства SHARC и средствах их отладки мож но найти в сети Интернет по адресу: http://www.analog.com/dsp ЛИТЕРАТУРА: ® 1. Considering the ADSP 21262 SHARC DSP. – Ana log Devices, 2003 (http://www.analog.com). 2. DSP Microcomputer ADSP 21161N. – Analog De vices, 2003 (http://www.analog.com). 3. Preliminary Technical Data. High Performance Floating Point Processor ADSP 21262. – Analog De vices, 2003 (http://www.analog.com). 4. Preliminary Technical Data. High Performance SHARC Audio Processor ADSP 21266. – Analog Devices, 2003 (http://www.analog.com). ® 5. Preliminary Technical Data. SHARC Processor ADSP 21267. – Analog Devices, 2003 (http://www.ana log.com). ® 6. Preliminary Technical Data. SHARC Processor ADSP 21364. – Analog Devices, 2003 (http://www.ana log.com). ® 7. Preliminary Technical Data. SHARC Processor ADSP 21365. – Analog Devices, 2003 (http://www.ana log.com). 8. http://www.analog.com НПФ VD MAIS и компания ANALOG DEVICES приглашают на семинар СИГНАЛЬНЫЕ ПРОЦЕССОРЫ КОМПАНИИ ANALOG DEVICES Докладчик: Йоханнес Хорват (Johannes Horvath), специалист по применению DSP, компания ANALOG DEVICES Программа семинара: Презентация компании ANALOG DEVICES Обзор новой продукции Интегрированная среда разработки VisualDSP Архитектура процессоров семейства Blackfin Работа со встроенной и внешней памятью процессоров Blackfin Работа конвейера и контроллера DMA, режимы загрузки процессора Blackfin Аппаратные средства разработки Сигнальные процессоры семейства TigerSHARC Сигнальные процессоры семейства SHARC Семинар состоится 20 апреля 2004 г. по адресу: г. Киев, бульвар Шевченко, 38/40, гостиница "Экспресс", большой конференц зал Время проведения с 10:00 до 15:00, регистрация с 9:30 Участие в семинаре бесплатное Для участия в семинаре необходимо по факсу: (044) 227 3668 или e mail: astratova@vdmais.kiev.ua направить заявку с указанием ФИО, наименования и адреса предприятия, тел., факса и e mail. Подавшие заявки до 16.04.2004 г. получат подтверждение о регистрации.

e mail: ekis@vdmais.kiev.ua № 3, март МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ И МИКРОПРОЦЕССОРЫ BLACKFIN СИГНАЛЬНЫЕ ПРОЦЕССОРЫ ДЛЯ МОБИЛЬНЫХ ПРИЛОЖЕНИЙ январе 2004 года фирма Analog Devices анонсировала два новых сиг нальных процессора: ADSP BF561 с тактовой частотой 600 МГц (со держащий два базовых процессорных ядра, применяемых в сигнальных процессорах семейства Blackfin) и ADSP BF533(HS) с тактовой частотой 756 МГц и производительностью 1512 MMACS. В. Охрименко Все сигнальные процессоры семейства Blackfin (ADSP BF531/532/533/535/561) созданы на базе архи тектуры MSA (Micro Signal Architecture), разработанной совместными усилиями специалистов фирм Analog De vices и Intel [1 7]. Архитектура MSA позволила создать класс сигнальных процессоров, которые оптимизиро ваны не только для выполнения высокоскоростной ци фровой обработки сигналов в режиме реального вре мени, но и функций управления/контроля, традицион но выполняемых классическими микроконтроллерами. Кроме того, сигнальные процессоры Blackfin отличают ся большим набором периферийных контроллеров 2 (PCI, USB 1.1, SPORT, UART, SPI, I S, PPI, универсальных таймеров и т. п.), обеспечивающих связь с "внешним миром", а также большим объемом встроенной памяти (до 328 кбайт в ADSP BF561). В таблице приведены ос новные параметры сигнальных процессоров семейст ва Blackfin. Сигнальные процессоры Blackfin по сравне нию с процессорами аналогичного класса имеют также и другие преимущества. Процессорное ядро сочетает традиционные вы числительные устройства (MAC, ALU, DAG и другие), обычно применяемые в сигнальных процессорах, и, кроме того, его структура оптимизирована для выпол нения RISC подобных инструкций, характерных для микроконтроллеров. Благодаря использованию языков высокого уров ня (С/С++) по сравнению с сигнальными процессора ми аналогичного класса упростился процесс созда ния прикладных программ. Процессорное ядро поддерживает работу в двух режимах: пользователя и супервизора. В набор инструкций процессорного ядра включе ны специализированные инструкции, способствую щие ускорению обработки аудио и видеосигналов при использовании алгоритмов, применяемых в рас пространенных стандартах MPEG2, MPEG4, JPEG. Во всех сигнальных процессорах семейства Black fin реализована система динамического управления энергопотреблением, основанная на изменении в процессе работы процессора тактовой частоты про цессорного ядра и встроенных периферийных уст ройств. Кроме того, имеется возможность на про граммном уровне регулировать напряжение питания процессорного ядра. В сигнальных процессорах Blackfin реализованы четыре стандартных режима ра боты со сниженным уровнем энергопотребления. Архитектура сигнальных процессоров ADSP BF531/532/533/535/561 основана на модифициро ванном базовом процессорном ядре, которое адапти ровано для выполнения параллельных вычислений;

большом объеме встроенной SRAM памяти (назначе ние отдельных блоков памяти можно изменять на про граммном уровне) и большом количестве встроенных периферийных устройств. К периферийным устрой ствам относятся: последовательные порты USB, UART, SPI, SPORT, IrDA, параллельный порт PPI, кон троллер внешней памяти, контроллер PCI шины, тай меры разного назначения, JTAG порт, порты вво да/вывода общего назначения (PF0…PF15). Архитек тура нового сигнального процессора ADSP BF561 приведена на рис. 1. Базовое процессорное ядро представляет собой 16 разрядное ядро с фиксированной точкой, оптими зированное для реализации алгоритмов цифровой обработки сигналов. Ядро содержит два 16 разряд ных блока умножения (MAC), два 32 разрядных ALU, одно 40 разрядное устройство сдвига. Выполнение операций в блоках МАС осуществляется в течение од ного цикла. В каждом из ALU могут выполняться опе рации с 8, 16 или 32 разрядными числами. Данные в ALU поступают из многопортового регистрового фай ла. Процессорное ядро содержит два адресных гене ратора (DAG), что позволяет в течение одного цикла адресоваться к двум операндам, размещенным в па мяти. Длина инструкций составляет 16 или 32 разря да. Наиболее часто используются инструкции, имею щие длину 16 разрядов. Наличие двух блоков МАС и ALU позволяет реализовать параллельную обработку данных типа SIMD. В управляющем устройстве про цессорного ядра 32 разрядные инструкции могут трактоваться как две 16 разрядные, которые выпол няются в каждом из блоков МАС и ALU. Кроме того, реализована возможность логического разделения В № 3, март e mail: ekis@vdmais.kiev.ua МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ И МИКРОПРОЦЕССОРЫ Рис. 1. Архитектура сигнального процессора ADSP BF561 ALU на отдельные блоки (видеоALU), что позволяет осуществлять одновременную обработку 8 разряд ных данных (в большинстве случаев в видеокодерах разного типа интенсивность основных цветов пред ставлена в 8 разрядном формате). Контроллер внешней памяти обеспечивает высо коскоростной обмен данными с внешней памятью разного типа: синхронной динамической памятью SDRAM (стандарт РС133) и асинхронной – SRAM, ROM и флэш. Обмен данными с внешней памятью мо жет выполняться в 16 или 32 разрядном формате. Контроллер SDRAM памяти поддерживает работу с имеющими определенную организацию микросхема ми памяти SDRAM. Перечень этих микросхем SDRAM памяти и подробное описание особенностей работы контроллера внешней памяти можно найти в техниче ской документации (например, ADSP 21533 Blackfin DSP Hardware Reference). В сигнальных процессорах семейства Blackfin про цессорное ядро (напряжение питания от 0.8 до 1.5 В в зависимости от типа процессора), RTC (3.15…3.45 В), буферные схемы входов/выходов (2.5 или 3.3 В) име ют отдельные входы для подключения напряжения пи тания. В сигнальных процессорах ADSP BF535 от дельные выводы для подключения напряжения пита ния имеют система ФАПЧ (1.425…1.575 В) и буфер ные схемы входов/выходов PCI шины (3.15…3.45 В). Поскольку потребляемая процессорным ядром мощ ность и напряжение питания ядра связаны квадрати ческой зависимостью, наибольшей эффективности управления потребляемой мощностью можно достичь за счет изменения напряжения питания ядра. В сиг нальных процессорах ADSP BF531/532/533/561 име ется встроенный регулятор напряжения (рис. 2), в ADSP BF535 такой регулятор отсутствует. Напряже ние питания процессорного ядра в ADSP BF533(HS) составляет 1.40±0.05 В. Типовое значение мощности потребления сигнальных процессоров ADSP BF561 при тактовой частоте 600 МГц составляет 5 Вт [7]. Таймер реального времени RTC (Real Time Clock), имеющийся в сигнальных процессорах ADSP BF535/533/532/531, предназначен для реализации ча сов реального времени. Таймер RTC имеет отдельные Рис. 2. Схема подключения напряжения питания к процессорному ядру e mail: ekis@vdmais.kiev.ua № 3, март МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ И МИКРОПРОЦЕССОРЫ Основные параметры сигнальных процессоров семейства Blackfin выводы для подключения напряжения питания (3.3 В), что обеспечивает его работу в случае, если процессор ное ядро находится в любом из энергосберегающих режимов работы. RTC работает от отдельного внешне го кварцевого резонатора частотой 32 768 Гц. Сигналы, формируемые таймером реального времени, можно использовать в качестве сигналов прерывания для пе реключения процессорного ядра в активный режим. Часто при работе мобильных устройств таймер реаль ного времени просто необходим. Для обмена данными в последовательном форма те с внешними устройствами разного назначения в сигнальных процессорах семейства Blackfin реализо ваны последовательные порты SPORT (Serial PORT);

SPI (Serial Peripheral Interface) и UART (Universal Asyn chronous Receiver/Transmitter), поддерживающий также протокол обмена данными по инфракрасному каналу связи. С помощью последовательных портов обеспечивается обмен данными с аудиокодеками, модемами АЦП, ЦАП и другими стандартными внешними устройствами. Обмен данными через по следовательные порты можно осуществлять в про граммном режиме, по прерываниям и в режиме пря мого доступа к памяти. В сигнальных процессорах семейства Blackfin имеется разное количество по следовательных портов (см. таблицу). В контролле ре порта SPORT реализован аппаратный компандер (А или µ закон) в соответствии с рекомендациями ITU (G.711). Через порт SPORT можно осуществлять многоканальную (до 128 каналов) передачу данных согласно протоколам, рекомендованным в стандар тах H.100, H.110, MVIP 90 и HMVIP. Кроме того, кон 2 троллер порта SPORT поддерживает интерфейс I S, используемый во многих стандартных аудиокодеках. Изюминкой сигнальных процессоров ADSP BF561/533/532/531 является встроенный модуль па раллельного периферийного интерфейса PPI (Parallel Peripheral Interface). Модуль PPI обеспечивает непо средственное подключение внешних устройств (про фессиональных и бытовых фото и видеокамер, коде ров и декодеров видеосигналов), поддерживающих протоколы передачи данных, принятые в стандартах № 3, март e mail: ekis@vdmais.kiev.ua МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ И МИКРОПРОЦЕССОРЫ ITU R 656/601. Кроме того, бла годаря модулю PPI появилась возможность реализовать син хронный обмен данными в па раллельном формате (от 8 до 16 разрядов) и со многими другими внешними устройствами вво да/вывода (датчиками видео изображения, LCD дисплеями, быстродействующими АЦП и ЦАП). Структура контроллера порта PPI приведена на рис. 3. Контроллер порта PPI обеспечи вает работу в нескольких режи мах. Для синхронизации приема Рис. 3. Структура контроллера порта PPI и передачи данных используют четыре сигнала: тактовый сиг нал PPI_CLK и три синхросигнала – PPI_FS1, PPI_PS2, фирмой Analog Devices средствах их отладки можно найти в сети Интернет по адресу: PPI_PS3. С помощью одного из каналов DMA поддер живается обмен данными с модулем PPI в режиме http://www.analog. com/dsp ЛИТЕРАТУРА: прямого доступа к памяти, причем этот канал имеет 1. Blackfin® Embedded Processor. Preliminary Techni наивысший приоритет при обслуживании. Программ ная настройка контроллера PPI и длительности цик cal Data ADSP BF533 (High Speed). – Analog Devices, лов приема/передачи данных осуществляется с по 2004 (http://www.analog.com). мощью пяти регистров. В процессе обмена данными 2. Blackfin® Embedded Symmetric Multi Processor. через порт PPI в качестве линий ввода/вывода ис Preliminary Technical Data ADSP BF561. – Analog De пользуют двенадцать линий порта ввода/вывода об vices, 2004 (http://www.analog.com). щего назначения (PF4…PF15). Обмен данными между 3. Blackfin® Embedded Processor. Preliminary Techni портом PPI и встроенной памятью осуществляется че cal Data ADSP BF531/ADSP BF532/ADSP BF533. Rev. рез буфер FIF0 объемом 16 слов. Максимальная час PrC. – Analog Devices, 2004 (http://www.analog.com). тота тактового сигнала PPI_CLK составляет 66 МГц. 4. Blackfin® Embedded Processor ADSP BF535, Серийный выпуск новых сигнальных процессоров Rev. 0. – Analog Devices, 2003 (http://www.analog.com). ADSP BF533(HS) и ADSP BF561 планируется начать 5. ADSP BF535 Blackfin® Processor. Hardware Refe во втором квартале 2004 года. Ориентировочная сто rence. Revision 2.0. – Analog Devices, April 2003 имость микросхем ADSP BF533 с тактовой частотой (http://www.analog.com). 750 МГц составит 31.95, с тактовой частотой 600 МГц – 6. ADSP BF533 Blackfin™ Processor. Hardware Refe 15.95 доллара США (в партии 10 тыс. шт.). Стоимость rence. Preliminary Revision. – Analog Devices, March микросхем ADSP BF561 с тактовой частотой 750 МГц со 2003 (http://www.analog.com). ставит 39.95, с тактовой частотой 600 МГц – 22.95 долла 7. Analog Devices Announces Portfolio Of Blackfin ра США (в партии 10 тыс. шт.) [7]. Processors For Portable, Automotive And Networked En Более полную информацию о новых сигнальных tertainment Applications. – Analog Devices, 2004 процессорах семейства Blackfin и предлагаемых (http://www.analog.com).

№ 3, март e mail: ekis@vdmais.kiev.ua ИНФОРМАЦИОННЫЙ БЮЛЛЕТЕНЬ ФИРМЫ ANALOG DEVICES УСИЛИТЕЛИ Ноябрь 2003 Информационный бюллетень фирмы Analog Devices В этом номере Прецизионные DigiTrim CMOS усилители для портативных устройств....26 Миниатюрные усилители со сверхнизким уровнем шумов..............................27 Быстродействующие пре цизионные усилители с низким уровнем шумов....27 Усилитель для автомобильной электро ники и промышленных систем управления с напряжением питания 42 В....................28 Таблица параметров высококачественных усилителей......................30 Усилители rail to rail по входу и выходу............33 Быстродействующие voltage feedback ОУ..........34 Быстродействующие ОУ с низким уровнем искажений......................34 Дифференциальный усилитель с минималь ным уровнем искажений..35 Рекомендации по применению новых усилителей............36 Широкополосный быстродействующий усилитель с программно управляемым коэффициентом усиления.......................... Прецизионные JFET усилители в корпусах SC – первый прецизионный усилитель фирмы Analog Devices в миниа тюрном корпусе SC70. Усилители этого семейства AD8627 А D8627(сдвоенный) и AD8625 (счетверенный) с напряжением (одинарный), AD8626 питания от 5 до 26 В (от ±2.5 до ±13 В) предназначены для работы в расширенном промы шленном диапазоне температур от 40 до 125 °С. Усилитель AD8627 имеет минимальный ток смещения и максимальную для JFET ОУ точность, а также повышенное быстродействие и низкое потребление. Высокие технические характеристики позволяют использовать этот ОУ в качестве фотодиодного усилителя, буфера для высокоимпеданских сенсоров в медицинской аппара туре и аналитических приборах, а также в системах управления твердотель ными лазерами. Широкий частотный диапазон, rail to rail выход, высокий входной импеданс обеспечивают применение усилителя AD8627 в прецизи онных активных фильтрах. Усилитель AD8626 выпускается в корпусе 8 MSOP, AD8625 – в корпусе 14 TSSOP. Кроме того, все три усилителя: AD8627, AD8626 и AD8625 выпускаются в корпусе типа низкопрофильного SOIC. Сто имость каждого усилителя $ 1.68 *. Сравнительные параметры AD8627 и ближайших аналогов Максимальный ток смещения, пА Максимальное напряжение смещения нуля, мкВ Перевод с английского В. Романова * Цена FOB USA в партии 1000 штук • максимальный ток смещения 1 пА • максимальное напряжение смещения нуля 500 мкВ • частотный диапазон 5 МГц • спектральная плотность шума 16 нВ/Гц • rail to rail по выходу e mail: ekis@vdmais.kiev.ua № 3, март ИНФОРМАЦИОННЫЙ БЮЛЛЕТЕНЬ ФИРМЫ ANALOG DEVICES Прецизионные DigiTrim CMOS усилители для портативных устройств У силители AD8603/AD8607/AD8609 фирмы Analog Devices отличаются высокой точностью, имеют напряжение питания 1.8 В и мощность потребления не более чем 100 мкВт. Сочетание низкого напряжения питания, ма лого потребления с миниатюрным корпусом 5 SOT23 позволяет использовать эти усилители в портативных приборах и устройствах. Минимальное напряжение смещения нуля и минимальный ток смещения ОУ AD8603 делают его применение предпочтительным при разработке усилителей сигналов низкого уровня, снимаемых с различных сенсоров, буферных каскадов опорных источников, фотодиодных усилителей, интеграторов и прецизионных фильтров. Усилители AD8603/AD8607/AD8609 работают при напряжении питания от 1.8 до 5 В в расширенном промыш ленном диапазоне температур от 40 до 125 °С. Усилители AD8607 (сдвоенный) и AD8609 (счетверенный) выпус кают в корпусах 8 MSOP и 14 TSSOP, предназначенных для поверхностного монтажа. Кроме того, оба усилителя выпускаются в корпусе низкопрофильного SOIC. Стоимость каждого из ОУ $ 0.63. AD8603 Зависимость напряжения смещения нуля VOS от величины входного синфазного сигнала VCM при напряжении питания VS, равном 2.7 В VСМ, В • максимальный входной ток смещения <1 пА • ток потребления 40 мкА на ОУ • максимальное напряжение смещения нуля 65 мкВ • коэффициент усиления разомкнутого ОУ >120 дБ • спектральная плотность шума 26 нВ/Гц • частотный диапазон 350 МГц Быстродействующий прецизионный усилитель с низким уровнем шумов и искажений силитель AD8651 фирмы Analog Devices – самый быстродействующий ОУ в развивающемся семействе Di giTrim усилителей. Подгонка усилителя для минимизации погрешности, выполняемая в корпусе, обеспечивает высокую точность ОУ, при этом он отличается невысокой стоимостью. В отличие от большинства rail to rail ОУ по входу, в усилителе AD8651 минимизировано напряжение смещения нуля во всем диапазоне синфазных сигналов и, как результат, увеличен КОСС и снижен уровень искажений. По сравнению с другими широкополосными ОУ усилитель AD8651 отличается простотой настройки, его устойчивость обеспечивается при емкости нагрузки до 50 пФ. Низкий уровень искажений, высокая точность, минимальное время установления обеспечивают широ кое применение этого ОУ в измерительных устройствах, а также в драйверах АЦП. Низкий уровень шумов, мини мальный ток смещения, широкий частотный диапазон и малая входная емкость являются идеальным сочетани ем при построении фотодиодных усилителей, высоко качественных фильтров и аудиоусилителей на базе AD8651. Стоимость этого усилителя $ 1.10.

У • максимальная скорость нарастания 45 В/мкс • время установления 200 нс • rail to rail по входу • напряжение питания от 2.7 до 5.5 В • максимальное напряжение смещения нуля 200 мкВ • КОСС 90 дБ • максимальный входной ток смещения 10 пА • типовой уровень нелинейных искажений плюс шум 0.0006 % VOS, мкВ № 3, март e mail: ekis@vdmais.kiev.ua ИНФОРМАЦИОННЫЙ БЮЛЛЕТЕНЬ ФИРМЫ ANALOG DEVICES Миниатюрные усилители со сверхнизким уровнем шумов У силители AD8671 (одинарный), AD8672 (сдвоенный) и AD8674 (счетверенный) относятся к прецизионным ОУ со сверхнизким уровнем шумов. По уровню шума, максимальный размах которого составляет 80 нВ в поло се частот от 0.1 до 10 Гц, усилитель AD8671 является лучшим в своем классе ОУ. Сочетание сверхнизкого уровня шумов, низкого тока смещения, широкого частотного диапазона с высокой устойчивостью при различных нагрузках делают предпочтительным применение этого ОУ при построении вы сококачественных фильтров, включая ФАПЧ фильтры. Наличие минимального напряжения смещения нуля и его дрейфа, высокого коэффициента усиления, широкого частотного диапазона и малое время установления позволяют использовать усилитель AD8671 в автоматическом тестовом оборудовании, медицинской аппара туре и аналитических приборах, в профессиональных аудиосистемах и прецизионных системах управления ис точниками питания, а также в качестве усилителей сигналов инфракрасных, мостовых и других сенсоров. Уси лители AD8671/AD8672/AD8676 работают при напряжении питания от ±5 до ±15 В в расширенном промышленном диапазоне температур от 40 до 125 °С. Эти усилители выпускаются в корпусах следующих ти пов: низкопрофильном 8 SOIC, 8 MSOP (одинарный и сдвоенный ОУ), в пластмассовом низкопрофильном 14 SOIC и 14 TSSOP (счетверенный ОУ). Стоимость каждого ОУ $ 1.05. AD8671 Зависимость размаха шумового напряжения от частоты при напряжении питания ±15 В • типовое значение размаха шумового напряжения в полосе частот от 0.1 до 10 Гц 45 нВ, максимальное – 80 нВ • спектральная плотность шума на частоте 1 кГц 2.8 нВ/Гц • максимальное напряжение смещения нуля 75 мкВ • максимальный дрейф напряжения смещения нуля 0.5мкВ/°С • максимальный входной ток смещения 12 нА • частотный диапазон 10 МГц • устойчивая работа при единичном усилении обеспечивается при емкости нагрузки до 1000 пФ 47 нВ 47 нВ Цена деления 1 с (диапазон частот от 0.1 до 10 Гц) Быстродействующие прецизионные усилители с низким уровнем шумов силители AD8615/AD8616/AD8618 фирмы Analog Devices являются развитием семейства прецизионных DigiTrim CMOS усилителей с низким уровнем шумов. Их высокая точность, большой коэффициент усиле ния, широкий частотный диапазон и низкий уровень шумов полностью отвечают требованиям, предъявляе мым к системам сбора данных и портативным приборам с напряжением питания 5 В. Сверхнизкий входной ток смещения позволяет использовать эти ОУ в качестве фотодиодных усилителей, буферов опорных источ ников, интеграторов и прецизионных фильтров. Большой выходной ток и низкий уровень искажений дают воз можность создать на основе данных ОУ драйверы головных телефонов, предусилители и другие устройства аудиоаппаратуры с напряжением питания не более 5 В. Семейство усилителей выпускается в SMT корпусах следующих типов: 5 SOT23 (AD8615), 8 MSOP и низкопро фильный SOIC (AD8616), а также 14 TSSOP и низкопро фильный SOIC (AD8618). Стоимость каждого ОУ $ 0.75.

У • максимальное напряжение смещения нуля 65 мкВ • спектральная плотность шума 8 нВ/Гц • максимальное значение входного тока смещения 2 пА • коэффициент усиления разомкнутого ОУ >120 дБ • частотный диапазон 20 МГц • скорость нарастания выходного напряжения 10 В/мкс • выходной ток 150 мА • наличие режимов пониженного потребления и блокировки e mail: ekis@vdmais.kiev.ua № 3, март ИНФОРМАЦИОННЫЙ БЮЛЛЕТЕНЬ ФИРМЫ ANALOG DEVICES Усилитель для автомобильной электроники и промышленных систем управления с напряжением питания 42 В Д ифференциальный усилитель AD8205 относится к венному регулированию в новых автомобилях будут снижены выбросы вредных веществ в атмосферу, новым изделиям фирмы Analog Devices. Он пред они будут более экономичны и безопасны в управле назначен, в первую очередь, для систем автомобиль нии. ной электроники, напряжение питания которых со Развитие новых технологий позволило отказаться ставляет 42 В, однако может успешно применяться в аналогичных системах, напряжение питания которых от стандартного напряжения питания в автомобилях, не превышает 14 В. Входной синфазный сигнал этого которое многие годы составляло 12 В. В новых авто усилителя составляет от 2 до 65 В при напряжении мобилях напряжение батарейного питания будет су щественно выше. Это произойдет по двум причинам. питания 5 В. Однако усилитель AD8205 не теряет ра ботоспособность, если входной синфазный сигнал Первая связана с увеличением дополнительных функ ций и повышением степени комфортности управле находится в пределах от 5 до 70 В. Основное приме нение нового диф ференциального Развитие автомобильных электронных систем управления усилителя – съем дифференциального сигнала с шунта, что позволяет использо вать его при выпол нении прямых и об ратных измерений. Исходя из того, что данный усилитель предназначен для работы в расширен ном промышленном диапазоне темпера тур, он может найти широкое примене ние в автомобильной электронике и про мышленных систе мах управления. Уси ния автомобилем. Вторая вызвана тем, что управляю литель AD8205 предназначен для использования в та ких прецизионных системах управления, в которых щие системы становятся более современными и на смену механическим приходят электромеханические аналогичные ИМС и устройства на дискретных компо исполнительные механизмы. Переход на более высо нентах до настоящего времени не применялись. В 1948 году электронные системы управления в ковольтное питание позволит снизить вес автомоби ля, благодаря чему уменьшится количество вредных автомобиле имели напряжение питания 6 В. К основ ным функциям этих систем относились следующие: выбросов и потребление топлива. Идя навстречу тре управление зажиганием, управление стартером и бованиям повышения мощности автомобилей, фир мы производители изменили стандартный уровень управление фарами. С тех пор сложность автомо бильных систем управления существенно возросла. напряжения аккумулятора с 12 на 36 В. Новый аккуму Все достижения современной микроэлектроники лятор позволит обеспечить управляющие системы напряжением питания 42 В. Это максимальный уро практически сразу же находили применение и в ав вень, при котором еще обеспечивается безопасность томобильной промышленности. Автомобили совер шенствовались вместе с компьютерами, благодаря пользователей таких систем. Новый более высокий уровень напряжения питания позволит вдвое увели которым управление автомобилями постоянно улуч шалось и становилось более эффективным. Исходя чить мощность исполнительных механизмов управля ющих систем. из требований рынка, а также благодаря государст № 3, март e mail: ekis@vdmais.kiev.ua ИНФОРМАЦИОННЫЙ БЮЛЛЕТЕНЬ ФИРМЫ ANALOG DEVICES Усилитель для автомобильной электроники и промышленных систем управления с напряжением питания 42 В О дним из факторов, вызывающим необходимость повышения напряжения питания систем автомобильной электроники до 42 В, является замена механических исполнительных механизмов электромеханическими, включая электронную систему управления. Как правило, механические узлы автомобиля управляются током. При этом электромеханическая система управления может быть построена на основе электромагнита или эле ктродвигателя. И в том, и в другом случае управление осуществляется с помощью тока. В подобных электромеханических системах управления приходится измерять величину управляющего то ка. На входе таких измерителей токов образуются сигналы с высоким уровнем синфазного напряжения. Диф ференциальный усилитель AD8205 предназначен для съема напряжения с шунта, через который протекает уп равляющих ток, как это показано ниже на рисунках. Данный усилитель может работать как с синфазными сиг налами напряжением до 42 В, так и с сигналами напряжением 14 В. Этот уровень синфазного сигнала пока еще широко используется в современных системах управления. • уровень синфазного сигнала от 2 до 65 В • минимальная величина КОСС 80 дБ в полосе частот от 0 до 10 кГц • температурный дрейф напряжения смещения нуля 20 мкВ/°С • температурный дрейф коэффициента усиления 20 ррм/°С • диапазон рабочих температур от 40 до 125 °С ПРИМЕНЕНИЕ • измерители токов • системы управления электродвигателями • системы управления передачей • управление зажиганием в дизельном двигателе • системы управления подвеской • системы динамического управления автомобилем • устройства съема высоковольтных напряжений с токовых шунтов • DC/DC преобразователь напряжения 42 В для датчиков тока ТАБЛИЦА ПАРАМЕТРОВ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ * не специфицирован ТУ * в экономичном режиме ТАБЛИЦА ПАРАМЕТРОВ УСИЛИТЕЛЕЙ С ИЗМЕНЯЕМЫМ КОЭФФИЦИЕНТОМ УСИЛЕНИЯ * МС – основная несущая № 3, март e mail: ekis@vdmais.kiev.ua ИНФОРМАЦИОННЫЙ БЮЛЛЕТЕНЬ ФИРМЫ ANALOG DEVICES Усилители rail to rail по входу и выходу позволяют уменьшить напряжение питания и увеличить динамический диапазон Высококачественные ОУ rail to rail по входу и выходу силители AD8027 (одинарный) и AD8028 (сдвоен ный) имеют rail to rail вход и выход и отличаются низким уровнем шумов и искажений. На входе эти ОУ имеют по две дифференциальные пары транзисторов npn и pnp проводимости, что позволяет обеспечить rail to rail входной диапазон. Переход каждой из пар в активный режим работы происходит при изменении знака входного сигнала. Такое переключение приво дит к повышению нелинейных искажений, вызванных перекрестной помехой. Усилители AD8027 и AD8028 имеют не только минимальный уровень перекрестной помехи, но, кроме того, переключение каждой из пар транзисторов в активный режим происходит в мо мент, когда напряжение сигнала близко к одному из У уровней напряжения питания. Это обеспечивает ми нимальный уровень погрешности, вызванной такими переключениями. Динамический диапазон неиска женного сигнала данных ОУ в полосе частот 1 МГц со ставляет 120 дБ, спектральная плотность шума по на пряжению 4.5 нВ/Гц, в связи с чем усилители AD8027 и AD8028 являются идеальными устройствами для по строения систем с широким динамическим диапазо ном и низким уровнем напряжения питания. Частот ный диапазон этих ОУ составляет 190 МГц, скорость нарастания выходного сигнала 100 В/мкс, потребле ние 6 мА на один усилитель. ОУ AD8027 выпускается в корпусе типа SOIC или SOT 23, ОУ AD8028 – в корпу се типа SOIC или MSOP.

Самые быстродействующие rail to rail по входу и выходу усилители с потреблением 1.3 мА силитель AD8029 обеспечивает широкий динамиче ский диапазон при напряжении питания 3 В и по треблении 1.3 мА. Полоса частот этого усилителя со ставляет 125 МГц, ско рость нарастания выход ного сигнала – 60 В/мкс. Данный усилитель явля ется идеальным для при менения в портативных устройствах с батарей ным питанием. Спект ральная плотность шума AD8029 не превышает 11 нВ/Гц, напряжение питания находится в пределах от 3 до 12 В. AD8029 выпускается в корпусе типа SOIC или У SС70. Сдвоенная версия этого ОУ – AD8030 выпуска ется в корпусе SOIC или SOT 23, а счетверенная – AD8040 – в корпусе 14 SOIC или 14 TSSOP.

e mail: ekis@vdmais.kiev.ua № 3, март ИНФОРМАЦИОННЫЙ БЮЛЛЕТЕНЬ ФИРМЫ ANALOG DEVICES Voltage feedback ОУ с полосой частот 350 МГц и током потребления 1 мА енденции развития современной Сдвоенный быстродействующий voltage feedback ОУ AD8039 элементной базы заключаются, ПРИМЕНЕНИЕ прежде всего, в снижении потребляе • портативные устройства мой мощности ИМС и повышении с батарейным питанием плотности ее компоновки на поверх • измерительные приборы ности печатной платы. Поэтому разра • фильтры • драйверы АЦП ботка так называемых холодных крис • сдвигатели уровней таллов является одним из основных • буферы направлений развития микроэлектро • встроенные системы с ники на современном этапе. Этим тен высокой плотностью денциям соответствуют voltage feed размещения компонентов на печатной back усилители AD8038 (одинарный) и плате AD8039 (сдвоенный), имеющие поло Частота, МГц су частот 350 МГц, скорость нараста ния выходного сигнала 425 В/мкс и ток AD8039 $ 1.20 потребления 1.0 мА на усилитель (максимальное зна чение 1.5 мА). • частотный диапазон 350 МГц Низкая мощность потребления ОУ AD8039 позволя • максимальный ток потребления 1.5 мА ет минимизировать требования к батарейному пита • скорость нарастания выходного сигнала нию и охлаждению изделий, созданных на основе это 425 В/мкс го ОУ. Это, кроме того, дает возможность повысить на • спектральная плотность шума 8 нВ/Гц дежность и увеличить срок службы устройств, выпол • максимальное напряжение смещения нуля 3 мВ ненных с применением ОУ AD8039. • максимальный входной ток смещения 750 нА Еще одной положительной особенностью усилите лей AD8038 и AD8039 является их высокая точность. Максимальное напряжение смещения нуля этих ОУ со ставляет 3 мВ, а максимальный ток смещения 750 нА. Выполненные по XFCB технологии, эти ОУ имеют спект ральную плотность шума по напряжению 8 нВ/Гц и току 600 фА/Гц. Они имеют достаточно широкий динами ческий диапазон – по входу и выходу на 1 В меньше размаха напряжений питания, могут работать на емкост ную нагрузку до 25 пФ без использования включенного последовательного резистора. В ОУ AD8039, кроме то го, имеется цепь блокировки. Усилитель AD8038 выпускается в корпусе SC70, а сдвоенный AD8039 – в корпусе 8 SOT23. Диапазон рабо чих температур этих ОУ находится в пределах от 40 до 85 °С. Коэффициент усиления, дБ Т Самые экономичные в классе быстродействующих ОУ усилители с минимальным уровнем искажений urrent feedback усилители AD8007/AD8008 отличаются сверхниз ким уровнем шумов и искажений. Они относятся к самым быстро действующим в своем классе ОУ. При этом по сравнению с ближай шими аналогами данные усилители имеют более низкую стоимость. Ток потребления этих усилителей (9 мА) на треть меньше тока по требления аналогичных ОУ других производителей, что позволяет су щественно расширить области применения усилителей AD8007/AD8008. К таким областям прежде всего относятся провод ные и беспроводные телекоммуникации, ультразвуковая аппаратура и измерительные приборы. Полоса частот 600 МГц и скорость нарастания выходного сигнала 1000 В/мкс позволяют использовать эти ОУ в быстродействующих си стемах и устройствах. Данные ОУ, кроме того, отличаются низким уров нем нелинейных искажений: вторая гармоника составляет 88 дБ на ча стоте 5 МГц и 78 дБ на частоте 20 МГц, третья гармоника – 101 дБ на частоте 5 МГц и 93 на частоте 20 МГц. Спектральная плотность шума по напряжению составляет 2.7 нВ/Гц и шума по току 22.5 пА/Гц. Уси литель AD8007 выпускается в корпусе SC70 или 8 SOIC.

С ОУ с минимальным уровнем иска жений и током потребления 9 мА Уровень искажений, дБн Частота, МГц AD8007 ПРИМЕНЕНИЕ $ 1.19 • измерительные приборы • ВЧ и ПЧ фильтры • драйверы АЦП • буферные усилители ЦАП № 3, март e mail: ekis@vdmais.kiev.ua ИНФОРМАЦИОННЫЙ БЮЛЛЕТЕНЬ ФИРМЫ ANALOG DEVICES Дифференциальный усилитель с низким потреблением и минимальным уровнем искажений Д ифференциальный усилитель AD8351 имеет сверхнизкий уровень искажений и предназначен для использо вания в качестве драйвера быстродействующих АЦП с разрешением 10 и 14 бит. Особенностью этого уси лителя является регулируемый с помощью одного внешнего резистора коэффициент усиления в диапа зоне от 0 до 26 дБ, а также регулируемое напряжение смещения нуля, что позволяет пользователю согласо вать вход АЦП с источником входного сигнала. Основ ными преимуществами этого усилителя являются низ кие уровни шумов и искажений в области высоких час тот, что особенно важно при построении дифференци альных каналов быстродействующих измерительных систем.




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.