可编程控制器 [可编程模拟器件在接收机动态可重构结构中的应用设计]

　　摘要：为进一步提高接收机的动态可重构性能，对基于可编程模拟器件的接收机前端结构进行了优化设计，并给出了具体的设计方案，证明了接收机前端动态可重构的可行性。　　关键词：接收机；动态可重构；可编程模拟器件；ADC

　　可重构结构是一种可以根据具体运算情况重组自身资源，实现硬件结构自身优化、自我生成的计算技术。动态可重构技术可快速实现器件的逻辑重建，它的出现为处理大规模计算问题提供了一种兼具通用处理器灵活性和ASIC电路高速性的解决方案。在笔者所从事的系统设计中，当模拟器件的一些性能改变但又不能及时更新调整后端的数字基带处理时，比如滤波器由于工作时间过长引起的温漂特性所带来的影响，此时就可以用可编程模拟器件替代一部分前端固定模拟器件，进而可以实时的对FPGA模块进行动态可重构操作，最终达到系统性能的最优化。

　　可编程模拟器件

　　可编程模拟器件是近年来崭露头角的一类新型集成电路。它属于模拟集成电路，即电路的输入、输出甚至内部状态均为随时间连续变化且幅值未经过量化的模拟信号；同时，该类器件又是现场可编程的，即可由用户通过改变器件的配置来获得所需的电路功能。为支持上述可编程能力，可编程模拟器件需以可编程模拟单元(CAB)和可编程互连网络(PIN)为核心，配合配置数据存储器、输入单元、输出单元或输入＼输出单元等共同构成。

　　多数可编程模拟器件在单一的+5V电源电压下工作，额定功耗为100mW量级。由于采取了特殊的措施，其输入、输出线性范围通常可达到接近满电源电压量程；闭环带宽已达到数百千赫到数十兆赫；频率失真度、共模抑制比、内部噪声等指标也已达到 ……此处隐藏5536个字…… 时还需要首先设置外部输入／输出引脚、内部输入／输出引脚和内部信号的初始化数值，然后再对μP控制寄存器和静态RAM进行配置，以达到所需要的性能要求。数字宏单元(DMC)是FPGA的可编程数字单元，它是基于查找表结构的可编程单元，具有组合逻辑和时序逻辑资源，而组合部分和时序部分之间则由布线资源加以连接。利用动态重配置模式可对多个DMC单元进行设置，可以改变硬件电路，进而在一定程度上可对前端的可编程模拟器件进行实时更新配置，这一技术目前正在探索研究中。

　　以上只是各个模块的分开设计，但是设计好整个接收机系统，还需要对各个模块之间的连线以及参考时钟等许多方面给以足够的重视。各个模块都有属于自己的输入／输出端口，为达到预定的系统性能要求，必须严格对照技术手册和自己的预先布线安排接好各输入／输出端口。至于时钟，避免采用时钟抖动大的门电路是电路设计中需要严格遵守的准则之一，在此基础上才能最大限度地发挥器件的性能；除此，拿FIPSOC来说，除某些条件下，8051时钟和其送至DMC的副本时钟的相对相位会交换外，时钟停止不影响时钟同步；每次不同时钟重新配置后，必须重新同步。

　　结语

　　目前，已经在理论上证明了以上接收机结构设计的可行性，下一步将逐步搭建出具体的硬件平台并测试验证。除了可编程模拟器件外，新兴的可进化硬件(EvolvableHardWare，EHW)研究领域以硬件在线自适应为目标，也将可编程模拟器件作为实现模拟电路自动设计和在线自适应的重要评估手段和实现载体。可以预期，随着模拟可编程技术的不断进步和器件品种的逐步丰富，可编程模拟器件将会成为实现模拟电路的首选器件和最佳选择。