Présentation
Auteur(s)
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Alain AUBERT : Ingénieur ICPI, docteur de l’Institut national de sciences appliquées (INSA) de Lyon - Enseignant chercheur, École supérieure chimie physique électronique (ESCPE)
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Cédric RUBY : Ingénieur ESCPE, docteur de l’INSA de Lyon
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Lire l’articleINTRODUCTION
Le concept d’analogique programmable (voir Composants analogiques programmables : FPAA) a récemment trouvé un intérêt auprès de plusieurs fabricants. Lattice, Cypress et Anadigm sont tous partis d’un constat commun : il s’agit de permettre à l’utilisateur de personnaliser le traitement analogique du signal dans son application, mais sans s’éloigner trop du prix des composants classiques. Pour cela, il a fallu écarter les fonctions analogiques les plus complexes : les filtres à plusieurs mégahertz de fréquence de coupure, les convertisseurs A/N ou N/A hautes performances et les amplificateurs large bande. Autre point commun entre les acteurs de ce marché : à terme, ces fonctions analogiques programmables ont vocation à être intégrées dans des systèmes sur puce, où l’analogique serait traité en bloc IP (propriété intellectuelle) comme une autre fonction.
C’est déjà le cas pour la famille CY8C25/26xxx de Cypress Microsystems, composée de microcontrôleurs 8 bits dont l’utilisateur peut paramétrer les périphériques à sa guise, y compris dans l’application, en programmant simplement la configuration de blocs de base analogiques et numériques embarqués, baptisés PSoC. Lattice et Anadigm ont, eux, pour imposer leur concept, choisi de commercialiser leur technologie analogique programmable sous forme de circuits isolés d’abord. Mais ils visent également à l’intégrer dans des circuits plus complexes, sous forme d’IP pour des circuits spécifiques chez Anadigm et, chez Lattice, dans ses propres CPLD.
Les ispPAC de Lattice intègrent plusieurs dizaines de composants analogiques et passifs prédéfinis (amplificateurs, comparateurs, références de tension, convertisseurs numériques-analogiques...) que l’utilisateur relie les uns aux autres pour former la fonction analogique voulue. Le réseau d’Anadigm, quant à lui, est essentiellement constitué de blocs composés de cellules d’amplificateurs opérationnels à capacités commutées. La fonction remplie par chacun de ces blocs n’est pas prédéfinie : elle est entièrement du ressort de l’utilisateur, qui a le choix entre des fonctions courantes de mise en forme des signaux et des fonctions plus complexes.
Là où les deux fabricants se rejoignent, c’est sur le sentiment d’apporter aux concepteurs non rompus aux subtilités de l’analogique une façon d’intégrer facilement des fonctions analogiques dans leurs systèmes, simplement à partir d’un cahier des charges. Ils proposent ainsi tous les deux des macros permettant de créer par exemple, en quelques clics de souris, un filtre biquadratique en spécifiant la fréquence de coupure, le gain en bande passante et le facteur de qualité. Autre point commun, la possibilité de reconfigurer dans l’application la fonction remplie par le réseau analogique. Ainsi l’ispPAC80 de Lattice intègre deux EEPROM stockant deux configurations de filtres différentes. Chez Anadigm, la reconfiguration se fait par le biais d’une EEPROM externe ou du processeur externe.
L’aspect théorique des FPAA fait l’objet de l’article Composants analogiques programmables : FPAA.
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1. Composant Anadigm
Initiée par Pilkington Microelectronics, puis cédée à Motorola avant d’être abandonnée par ce dernier, la technologie d’Anadigm des réseaux de blocs analogiques programmables se matérialise dans un premier circuit : l’AN10E40 . Ce dernier fournit une matrice de 20 blocs analogiques configurables (réalisés en capacités commutées) dans une structure d’entrées/sorties et de connexions programmables. Des fonctions courantes de mise en forme des signaux (suppression d’offset, redressement, étages de gain, comparateur et filtres de premier ordre) peuvent se mettre en œuvre dans une seule cellule. Des fonctions plus complexes (filtre de n-ième ordre, oscillateurs, modulateurs à largeur d’impulsion et égaliseurs) se réalisent avec deux cellules ou plus. Avec 20 cellules disponibles, il est possible de combiner les ressources de l’AN10E40 pour créer des systèmes analogiques complexes permettant, par exemple, la mise en forme de signaux sur plusieurs canaux et/ou des fonctions de traitement comme la commande PID ; la configuration du circuit est conservée sur une mémoire SDRAM intégrée à la puce qui s’initialise à la mise sous tension à partir d’une EEPROM externe ou au moyen de l’interface périphérique vers un microprocesseur.
À la différence des conceptions analogiques classiques, il n’est pas nécessaire de posséder de connaissance des circuits, ni de compétences dans les simulateurs analogiques ou les mathématiques, pour appliquer la fonction de transfert. De plus, aucune carte expérimentale n’est nécessaire pour mettre au point un circuit de test : les utilisateurs peuvent simplement sélectionner des éléments de base analogiques spécifiés purement en termes de fonctions et saisir les caractéristiques particulières dont ils ont besoin : dans le cas d’un filtre biquadratique, par exemple, un utilisateur n’a qu’à spécifier la fréquence de coupure, le gain en bande passante et le facteur de qualité. Le logiciel de développement propose ainsi une cinquantaine de fonctions analogiques paramétrables de ce type dans sa bibliothèque.
1.1 Structure de la cellule programmable
Le circuit AN10E40 apporte sur le marché la programmation...
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