CC BY
14Окончание. Начало в № 4S2012
Валерий ЗОТОВ
walerry@km.ru
Инструментальные средства разработки и отладки цифровых устройств и встраиваемых микропроцессорных систем,
проектируемых на основе ПЛИС FPGA фирмы Xilinx серии Kintex-7
Назначение и краткая характеристика модуля расширения AMS Evaluation Card
Модуль расширения AMS Evaluation Card, входящий в состав инструментального комплекта Xilinx Kintex-7 FPGA KC705 Evaluation Kit, предназначен для подключения внешних аналоговых сигналов к соответствующим входам аналого-цифрового блока XADC кристалла программируемой логики основного инструментального модуля с помощью стандартных высокочастотных коаксиальных кабелей. Конструктивное исполнение модуля AMS Evaluation Card показано на рис. 15.
На плате этого модуля представлены следующие элементы:
• Четыре коаксиальных разъема BNC, позволяющих использовать для подключения внешних высокочастотных аналоговых сигналов соответствующие стандартные кабели.
• Набор коммутационных перемычек, предоставляющих возможность выбора входных каналов аналого-цифрового блока XADC ПЛИС XC7K325T, к которым подводятся внешние аналоговые сигналы, а также возможность подключения тестового сигнала.
• 16-разрядный цифро-аналоговый преобразователь, формирующий аналоговый тестовый сигнал для блока XADC.
• Операционный усилитель, выполняющий функции буферизации сигналов, транслируемых на входы аналого-цифрового блока XADC.
• 20-контактный разъем сопряжения с основным отладочным модулем Xilinx KC705 Evaluation Board.
Рис. 15. Конструктивное исполнение модуля расширения AMS Evaluation Card
• Разъемы, предназначенные для подключения внешних источников напряжения питания.
• Контактные площадки для монтажа дополнительных компонентов, необходимых для полнофункциональной реализации проектируемого устройства или встраиваемой микропроцессорной системы, реализуемых на базе основного инструментального модуля Xilinx KC705 Evaluation Board.
Назначение и состав инструментального комплекта Avnet Kintex-7 FPGA DSP Kit with High-Speed Analog
Инструментальный комплект Avnet Kintex-7 FPGA DSP Kit with High-Speed Analog, выпускаемый компанией Avnet Electronic Marketing, предназначен, прежде всего, для разработки и аппаратной отладки высокоскоростных устройств цифровой обработки сигналов (ЦОС), реализуемых на базе кристаллов программируемой логики серии Kintex-7, совместно с аналоговой частью систем ЦОС. Этот комплект можно эффективно применять в процессе проектирования высокопроизводительных систем сбора и обработки данных, тестового и измерительного оборудования, различных функциональных блоков радиолокационных систем, а также проводных и беспроводных телекоммутационных систем, включая устройства обработки и передачи видеоизображения.
В состав комплекта Avnet Kintex-7 FPGA DSP Kit with High-Speed Analog входит набор программных и аппаратных средств, предоставляющих возможность проектирования, отладки и реализации разрабатываемых систем ЦОС в полном объеме, включая блоки аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования. Основные компоненты этого инструментального комплекта:
• Плата основного инструментального модуля Xilinx KC705 Evaluation Board, предназначенная для аппаратной реализации проектируемых устройств цифровой обработки сигналов.
• Модуль расширения FMC150 компании 4DSP, обеспечивающий возможность выполнения операций высокоскоростного аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования двух сигналов с высоким разрешением.
• Набор высокочастотных коаксиальных кабелей и соединительных кабелей для интерфейсов, поддерживаемых инструментальным модулем, в том числе Ethernet и USB, для совместной отладки разрабатываемых систем ЦОС и внешних устройств.
• Универсальный сетевой блок питания с выходным напряжением 12 В, которое используется в качестве исходного источника для питания отладочного модуля.
• Диски DVD-ROM, содержащие полнофункциональную версию системы проектирования ISE Design Suite в редакции System Edition (с лицензией для кристалла Kintex-7 XC7K325T), а также
оценочную версию программных средств MATLAB/Simulink компании MathWorks.
• IP-ядра основных функциональных блоков устройств ЦОС различного уровня, применение которых создает предпосылки для ускорения и повышения эффективности процесса проектирования систем ЦОС.
• Исходные файлы типового проекта высокопроизводительной системы цифровой обработки сигналов, наглядно демонстрирующего процесс разработки устройств ЦОС на основе аппаратных ресурсов кристаллов программируемой логики серии Kintex-7 с применением внешних ЦАП и АЦП. Редакция System Edition САПР ISE Design
Suite, в отличие от других вариантов указанных средств проектирования, содержит максимальное количество специализированных инструментов разработки цифровых устройств и систем различного уровня. В составе этой редакции представлены следующие компоненты:
• средства разработки проектов цифровых устройств и программирования ПЛИС ISE Foundation [18], включающие программу HDL-моделирования ISE Simulator;
• инструменты дополнительного анализа результатов синтеза и последующей оптимизации процессов размещения и трассировки проектов в кристалле PlanAhead Design and Analysis Tool;
• комплекс средств проектирования встраиваемых микропроцессорных систем на основе кристаллов программируемой логики Xilinx Embedded Development Kit (EDK) [17], включающий среду разработки аппаратной платформы Xilinx Platform Studio (XPS) и прикладного ПО Software Development Kit (SDK);
• инструменты внутрикристальной аппаратной отладки цифровых устройств и встраиваемых микропроцессорных систем, разрабатываемых на базе ПЛИС с архитектурой FPGA, ChipScope Pro [19];
• средства проектирования устройств цифровой обработки сигналов System Generator for DSP.
Архитектура и функциональные возможности отладочного модуля Xilinx KC705 Evaluation Board были представлены в первой части статьи. Максимальное значение частоты дискретизации для аналого-цифрового блока XADC ПЛИС XC7K325T, образующей основу этого модуля, составляет 1 Мвыборок/с [2, 15]. Такое ограничение не позволяет использовать аналого-цифровые преобразователи, входящие в состав блока XADC указанного кристалла программируемой логики серии Kintex-7, при реализации высокоскоростных систем цифровой обработки сигналов. Поэтому в состав комплекта Avnet Kintex-7 FPGA DSP Kit with High-Speed Analog включен модуль расширения FMC150, выполненный в соответствии с требованиями спецификации стандарта FMC LPC (ANSI/VITA 57.1). Этот модуль обеспечивает возможность одновременного аналого-цифрового преобразования двух входных сигналов, производимого с частотой до 250 Мвыборок/с и 14-разрядным разрешением, а также выполнения операций цифро-аналогового преобразования двух сигналов, осуществляемого с частотой воспроизведения до 800 Мвыборок/с и 16-разрядным разрешением. Основные характеристики и архитектура модуля расширения FMC150 были подробно рассмотрены в [20].
Внешний вид инструментального комплекса ЦОС, состоящего из отладочной пла-
ты Xilinx KC705 Evaluation Board и подключенного к ней модуля аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования сигналов FMC150, представлен на рис. 16.
Структура демонстрационного проекта высокоскоростной системы цифровой обработки сигналов, предоставляемого в составе инструментального комплекта Avnet Kintex-7 FPGA DSP Kit with High-Speed Analog, изображена на рис. 17. Пошаговая инструкция по выполнению этого образцового проекта содержится в [23].
Назначение, особенности и состав инструментального комплекта Xilinx Kintex-7 Mini Module Plus Kit
Инструментальный комплект Xilinx Kintex-7 Mini Module Plus Kit, предлагаемый компанией Avnet Electronic Marketing, представляет собой совокупность аппаратных модулей и средств автоматизированного проектирования, обеспечивающих выполнение всех этапов разработки цифровых устройств и встраиваемых микропроцессорных систем [17] на основе ПЛИС фирмы Xilinx серии Kintex-7, включая этапы отладки и реализации. Наиболее существенные особенности этого комплекта: • Применение модульного принципа реализации аппаратных средств, обеспечиваю-
4DSP FMC150
□UC DDC
Цифровой понижающий п реобразо вател ь DDC (8Х)
! РИРРИ Á—ШШ
■ i/f_out
245,76 Msps ¡ ■ЮшнШМН __L_
BASEBAND OUT
FPGA Kintex-7 K325T
Рис. 17. Структура демонстрационного проекта высокоскоростной системы цифровой обработки сигналов
Рис. 18. Размещение инструментальных модулей Рис. 19. Конструктивное исполнение базовой платы
на базовой плате Avnet Mini Module Plus Baseboard 2 Avnet Mini Module Plus Baseboard 2
щего возможность быстрой адаптации для осуществления отладки проектируемых устройств и систем различного уровня сложности и целевого назначения.
• Наличие нескольких модификаций основных инструментальных модулей позволяет выбрать оптимальный вариант комплектации, соответствующий особенностям разрабатываемых устройств и встраиваемых микропроцессорных систем.
• Возможность подключения дополнительных специализированных модулей мезо-нинного типа FMC LPC, соответствующих спецификации стандарта ANSI/VITA 57.1, которые расширяют функциональные возможности инструментального комплекта.
• Поддержка использования периферийных модулей, соответствующих спецификации Peripheral Module (PMOD), выпускаемых компанией Digilent Inc., предоставляет дополнительные возможности для полнофункциональной реализации разрабатываемых устройств и систем.
• Возможность применения в составе разрабатываемых устройств контроллеров наиболее часто востребованных интерфейсов: USB 3.0,
PCI Express Gen 2 x4, 10/100/1000 Ethernet, SFP, DisplayPort, SDIO. Основные компоненты отладочного комплекта Xilinx Kintex-7 Mini Module Plus Kit:
• Базовая отладочная плата Avnet Mini Module Plus Baseboard 2.
• Инструментальный модуль Xilinx Kintex-7 Mini Module Plus.
• Модуль питания Power Module.
• Универсальный сетевой блок питания, формирующий постоянное напряжение 12 В, который используется в качестве исходного источника для питания базовой отладочной платы и модуля Power Module.
• Диск DVD-ROM, содержащий полнофункциональную версию системы проектирования ISE Design Suite в редакции Logic Edition (с лицензией для кристалла программируемой логики, установленного на плате инструментального модуля).
• Два стандартных соединительных кабеля для интерфейса USB (Type A — Type mini-B).
• Стандартный кабель интерфейса Ethernet. Инструментальный модуль Xilinx Kintex-7
Mini Module Plus и модуль питания Power
Рис. 20. Архитектура базового отладочного модуля Avnet Mini Module Plus Baseboard 2
Module устанавливаются на базовую отладочную плату Avnet Mini Module Plus Baseboard 2 с помощью соответствующих разъемов, как показано на рис. 18. На базовой отладочной плате также предусмотрено место и дополнительный разъем для подключения модулей расширения мезонинного типа FMC LPC.
Функциональные возможности и архитектура базового модуля Avnet Mini Module Plus Baseboard 2
Базовая плата Avnet Mini Module Plus Baseboard 2 объединяет аппаратные модули, входящие в состав инструментального комплекта Xilinx Kintex-7 Mini Module Plus Kit, в один отладочный комплекс. Эта плата предоставляет возможность полнофункциональной реализации контроллеров интерфейсов, перечисленных в предыдущем разделе, и эффективного управления процессом отладки разрабатываемых устройств и встраиваемых микропроцессорных систем. Конструктивное исполнение базового отладочного модуля Avnet Mini Module Plus Baseboard 2 соответствует форм-фактору карты PCI Express. Внешний вид этого модуля представлен на рис. 19.
Архитектура рассматриваемого базового отладочного модуля изображена на рис. 20.
В составе базовой платы Avnet Mini Module Plus Baseboard 2 представлены следующие элементы:
• Разъемы, предназначенные для подключения инструментальных модулей, выполненных на базе кристаллов программируемой логики различных семейств в форм-факторе Mini Module Plus.
• Синтезатор дифференциальных сигналов синхронизации.
• Мультиплексор сигналов синхронизации для выбора тактовых сигналов, формируемых синтезатором дифференциальных сигналов или поступающих с соответствующих контактов разъема расширения FMC LPC.
• Разъемы для подключения модуля питания Power Module, формирующего уровни напряжений, необходимые для работы элементов базовой платы и инструментального модуля, выполненного на основе ПЛИС.
• Разъемы, используемые для коммутации внешнего источника напряжения 12 В, которое является исходным для модулей питания Power Module.
• Разъем интерфейса PCIe Gen 2 x4.
• Микросхема, выполняющая функции аттенюатора джиттера тактового сигнала для интерфейса PCIe Gen 2 x4.
• Разъем расширения, соответствующий спецификации стандарта FMC LPC, для подключения различных модулей мезо-нинного типа.
• Субмодуль JTAG-SMT1 компании Digilent Inc., обеспечивающий возможность конфигурирования кристалла программируемой логики, установленного на плате инструментального модуля Xilinx Kintex-7 Mini Module Plus, а также выполнения операций периферийного сканирования и внутрикристальной отладки разрабатываемых устройств и встраиваемых микропроцессорных систем, с помощью стандартного кабеля USB-интерфейса (Type A — mini-B).
• Стандартный разъем порта JTAG-интерфейса PC4, позволяющий применять для загрузки и обратного считывания конфигурационных данных ПЛИС и программирования элемента Flash-памяти модуля Xilinx Kintex-7 Mini Module Plus универсальные загрузочные кабели фирмы Xilinx (Platform Cable USB II и Parallel Cable IV (PC IV)).
• Кнопочные и DIP-переключатели, сопряженные с пользовательскими выводами кристалла программируемой логики, расположенного на плате инструментального модуля Xilinx Kintex-7 Mini Module Plus, которые можно использовать для изменения режимов функционирования отлаживаемых устройств и встраиваемых микропроцессорных систем.
• Разъем интерфейса SFP, предоставляющего возможность подключения компактных модулей приемопередатчиков, в том числе волоконно-оптических, для организации высокоскоростной передачи данных.
• Светодиодные индикаторы, которые можно применять для отображения соответствующей информации в процессе функционирования разрабатываемых устройств и встраиваемых микропроцессорных систем или при их отладке.
• Разъем интерфейса DisplayPort для вывода видеоизображения на монитор при реализации контроллера этого интерфейса на базе ресурсов кристалла программируемой логики инструментального модуля Xilinx Kintex-7 Mini Module Plus.
• Высокочастотные разъемы SMA, сопряженные со входами/выходами последовательных высокоскоростных приемопередатчиков RocketIO GTX ПЛИС указанного инструментального модуля.
• Интерфейсный мост RS232-SB, который можно применять в составе проектируе-
мых устройств и встраиваемых микропроцессорных систем для организации взаимодействия с внешним компьютером через виртуальный COM-порт.
• Разъем интерфейса SDIO для подключения карт памяти формата Micro SD, расширяющих объем ресурсов Flash ППЗУ инструментального модуля Xilinx Kintex-7 Mini Module Plus.
• Программируемый генератор сигналов синхронизации, уровни которых соответствуют стандарту ввода/вывода LVCMOS.
• Два разъема, удовлетворяющих требованиям спецификации PMOD, которые позволяют подключать различные периферийные модули компании Digilent Inc. Контакты разъемов базовой отладочной
платы, предназначенные для установки инструментального модуля Xilinx Kintex-7 Mini Module Plus, разведены таким образом, что позволяют задействовать последовательные высокоскоростные приемопередатчики RocketIO GTX ПЛИС этого модуля при реализации контроллеров интерфейсов PCIe, SFP и DisplayPort. Структурная схема, приведенная на рис. 21, наглядно поясняет сопряжение высокоскоростных приемопередатчиков кристалла программируемой логики серии Kintex-7, представленного в составе указанного инструментального модуля, с разъемами базовой платы Avnet Mini Module Plus Baseboard 2.
Базовая отладочная плата поддерживает не только различные модификации инструментального модуля Xilinx Kintex-7 Mini Module Plus, но и модули, выполненные на основе кристаллов программируемой логики других серий. В частности, в ближайшее время компания Avnet Electronic Marketing планирует выпуск инструментального модуля Artix-7 Mini Module Plus на базе ПЛИС одноименной серии, а также модуля Zynq Mini Module Plus, основу которого образует расширяемая вычислительная платформа семейства Zynq Z7045. Кроме того, базовая плата Avnet Mini Module Plus Baseboard 2
обладает также обратной совместимостью с инструментальным модулем V5FXT Mini Module Plus, выполненным на базе ПЛИС семейства Virtex-5 FXT.
Краткая характеристика и архитектура инструментального модуля Xilinx Kintex-7 Mini Module Plus
Инструментальный модуль Xilinx Kintex-7 Mini Module Plus будет представлен в двух вариантах. В основе первого варианта — кристалл программируемой логики серии Kintex-7 XC7K325T, о логических и специализированных ресурсах которого было рассказано в первой части статьи при рассмотрении инструментального модуля Xilinx KC705 Evaluation Board. Второй вариант инструментального модуля Xilinx Kintex-7 Mini Module Plus будет производиться на базе ПЛИС XC7K410T, которая включает в себя 406 720 логических ячеек Logic Cells, 795 модулей блочной памяти Block RAM суммарной емкостью 28 620 кбит, 1540 аппаратных секций цифровой обработки сигналов DSP48E1, 16 последовательных высокоскоростных приемопередатчиков RocketIO GTX, 1 аппаратный модуль интерфейса PCI Express, 1 аналого-цифровой блок XADC и 10 блоков управления синхронизацией CMT. Таким образом, у разработчика есть возможность выбора оптимального варианта модуля с кристаллом программируемой логики, объем логических и специализированных аппаратных ресурсов которого соответствует проектируемому устройству.
Архитектура и конструктивное исполнение инструментального модуля Xilinx Kintex-7 Mini Module Plus позволяют использовать его не только совместно с базовой платой Avnet Mini Module Plus Baseboard 2, но и в составе проектируемых систем или автономно. Внешний вид этого модуля представлен на рис. 22.
Структурное представление архитектуры инструментального модуля Xilinx Kintex-7 Mini Module Plus показано на рис. 23.
В состав архитектуры этого модуля входят следующие основные элементы:
• кристалл программируемой логики XC7K325T или XC7K410T, предназначенный для реализации основных функций отлаживаемых устройств и встраиваемых микропроцессорных систем;
• элементы оперативной памяти SDRAM с интерфейсом DDR3 (1600 Мбит/с) суммарной емкостью 256 Мбайт, дополняющие ресурсы блочной памяти ПЛИС серии Kintex-7, установленной на плате инструментального модуля;
• элемент параллельной Flash-памяти объемом 64 Мбайт, используемый для хранения конфигурационной информации кристалла программируемой логики;
• элемент EEPROM ППЗУ с интерфейсом I2C емкостью 8 кбайт;
• микросхема, обеспечивающая сопряжение с физическим уровнем интерфейса Ethernet 10/100/1000, и соответствующий разъем;
• контроллер интерфейса USB 3.0;
• программируемый генератор дифференциальных тактовых сигналов для последовательных высокоскоростных приемопередатчиков RocketIO GTX ПЛИС серии Kintex-7;
• генератор дифференциальных сигналов синхронизации с частотой 200 МГц;
• два разъема, предназначенные для подключения к базовой отладочной плате Avnet Mini Module Plus Baseboard 2, предоставляющие доступ к 132 пользовательским выводам и 8 последовательным высокоскоростным приемопередатчикам применяемого кристалла программируемой логики серии Kintex-7;
• генератор сигнала синхронизации с частотой 50 МГц, используемого для тактирования процесса конфигурирования ПЛИС серии Kintex-7;
• разъем для подключения внешних сигналов к аналого-цифровому блоку XADC ПЛИС инструментального модуля.
Основные характеристики и архитектура модулей питания Power Module
Специалисты компании Avnet Electronic Marketing разработали несколько вариантов модуля питания Power Module для инструментального комплекта Xilinx Kintex-7 Mini Module Plus Kit, каждый из которых реализован на базе интегральных микросхем одной из следующих фирм: Texas Instruments, National Semiconductor, Maxim Integrated Products, General Electric (GE) Energy, Analog Devices и STMicroelectronics. Предлагаемые варианты этого модуля можно использовать в качестве образцов построения узлов питания для цифровых устройств и встраиваемых микропроцессорных систем, проектируемых на основе кристаллов программируемой логики серии Kintex-7.
Рис. 22. Внешний вид инструментального модуля Xilinx Kintex-7 Mini Module Plus
Рис. 23. Архитектура инструментального модуля Xilinx Kintex-7 Mini Module Plus
Номинальное значение входного напряжения для различных вариантов модулей питания Power Module — 12 В. Все варианты модуля формируют на соответствующих выходах следующие уровни напряжений:
• 1 В с максимальным значением выходного тока 6 А, необходимый для питания ядра ПЛИС (Vccint);
• 1 В с максимальным значением выходного тока 6 А, используемый для питания последовательных высокоскоростных приемопередатчиков RocketIO GTX кристалла программируемой логики;
• 1,2 В с максимальным значением выходного тока 4 А, предназначенный для последовательных высокоскоростных приемопередатчиков RocketIO GTX;
• 1,5/1,35 В с максимальным значением выходного тока 4 А, используемые для питания элементов оперативной памяти (VCCO);
• 1,8 В с максимальным значением выходного тока 6 А, необходимый для питания различных специализированных аппаратных блоков ПЛИС (VCCAUX);
• 2 В с максимальным значением выходного тока 2 А, используемый в качестве дополнительного источника питания для блоков ввода/вывода кристалла программируемой логики XC7K325T или XC7K410T (VCCAUX_IO);
• 2,5 и 3,3 В с максимальным значением выходного тока 8 А, предназначенные для питания модулей расширения мезонинного
типа FMC (VCCO-FMC). При этом обеспечивается такая последовательность включения выходных напряжений в рассматриваемых модулях питания:
VCCINT ^ VCCAUX ^ VCCAUX_IO ^ VCCO-
На рис. 24 приведена последовательность формирования уровней напряжений питания на выходах модулей Power Module при включении. Такая последовательность соответствует рекомендациям фирмы Xilinx для кристаллов программируемой логики серий Artix-7, Kintex-7 и Virtex-7.
Внешний вид модуля питания Texas Instruments Power Module представлен на рис. 25.
1 В Vccin 1,8 В Vocaux 2 В Vccauxjo 1,35/1,5 В Vcco 2,5 В Vcco 3,3 В Vcco 1 В MGT 1.2BMGT
3,3 В __
TPS56121
Рис. 24. Последовательность формирования уровней напряжений на выходах модулей Power Module
f дистанционное измерение
2,5 В
j TPS56121
^ дистанционное измерение
1,2 В
j TPS54425
Т дистанционное измерение 1,5/1.35 В
4 дистанционное измерение
1 В
TPS54620
f дистанционное измерение 1 BMGT
4 дистанционное измерение
1,8 В _
j TPS54620
f дистанционное измерение
2 В
j TPS54425
f дистанционное измерение
Рис. 26. Структурная схема модуля питания Texas Instruments Power Module
iv z its ^ - -,
■ На»
i — ïB-SP.." ' L-J
I i -.1 Li I." J [J I.*
I |. 41 i I "ill tI J:
" ч ■
Рис. 25. Внешний вид модуля питания Texas Instruments Power Module
Обобщенная структурная схема этого модуля изображена на рис. 26. Основу этой схемы образуют импульсные стабилизаторы напряжения компании Texas Instruments семейства SWIFT.
Для формирования напряжений питания 1 и 1,8 В в модуле питания Texas Instruments Power Module применяются сверхминиа-
тюрные синхронные понижающие преобразователи со встроенными MOSFET-тран-зисторами TPS54620. Уровни напряжения 1,2 и 1,5/1,35 В вырабатываются синхронными понижающими стабилизаторами TPS54425. Напряжение 2 В обеспечивает понижающий импульсный преобразователь TPS54225. Уровни напряжения 2,5 и 3,3 В формируются синхронными понижающими стабилизаторами с интегрированными NexFET-транзисторами. Более подробная информация о параметрах модуля питания Texas Instruments Power Module содержится в [24].
Модуль питания Texas Instruments SIMPLE SWITCHER Power Module реализован на базе интегральных стабилизаторов напряжения семейства SIMPLE SWITCHER Power Module, разработанных фирмой National Semiconductor, которая в сентябре 2011 года вошла в состав компании Texas Instruments. Конструктивное исполнение этого модуля питания показано на рис. 27.
Обобщенная структурная схема модуля Texas Instruments SIMPLE SWITCHER Power Module приведена на рис. 28. В состав этой
схемы входят четыре синхронных импульсных понижающих преобразователя напряжения LM21212, формирующих уровни 1, 1,2 и 1,5/1,35 В, два импульсных понижающих стабилизатора LMZ22008, вырабатывающих уровни 1,8 и 2,5 В, два синхронных понижающих преобразователя LMZ22010, обеспечивающих напряжение 3,3 В, и синхронный импульсный преобразователь LM20333, формирующий уровень 2 В. В качестве входного напряжения для микросхем LM21212 используется уровень 3,3 В, вырабатываемый преобразователями LMZ22010. Для остальных интегральных стабилизаторов входным является напряжение 12 В. Детальная информация о характеристиках модуля питания Texas Instruments SIMPLE SWITCHER Power Module содержится в [25].
Модуль питания Maxim Power Module выполнен на основе интегральных стабилизаторов серии PowerMind, которые производит компания Maxim Integrated Products. Внешний вид этого модуля питания показан на рис. 29.
Обобщенная структурная схема модуля питания Maxim Power Module представлена
Рис. 27. Конструктивное исполнение модуля питания Рис. 28. Структурная схема модуля питания
Texas Instruments SIMPLE SWITCHER Power Module Texas Instruments SIMPLE SWITCHER Power Module
Рис. 29. Внешний вид модуля питания Maxim Power Module
• " |îTTTT|"fl !......... Im 11
lr' 1 ■ ~MÏÏÎi
es7:--.es
к .' A Щ » -A m Я
• fC. ' - ¡¡С" 1 1С . te lï
■ prfjpi' ■ n ie ■ 1 .ki-ljt' ifl
1—1 ■ '-"aaii
Q S Q = Ы
iUHT Vf г1я" tjrrt.lï , ,'lwll- МИ
■ t J te !» ™ .1С I ■
Iff:. J Ç!' 1
k h : г.-' Г
Рис. 31. Конструктивное исполнение модуля питания GE Energy Power Module
А НЛ|
U1
? a □ и
л 1 и» м к,
^ «1 Л Jj л о <-> n
с" S 1-MÏâV h îfss 4
"•-с;! lia- i TST
•hffi
itl' L !
на1
.... -E*
Рис. 33. Внешний вид модуля питания ADI Power Module
12В-
12В-
дистанционное измерение
1,8 В
j МАХ8686
Т дистанционное измерение 3,3 В
^ дистанционное измерение 1,5/1,35 В
дистанционное измерение
2,5 В _
j МАХ8686
Т дистанционное измерение | 1 В MGT
дистанционное измерение
1,2 В
МАХ8654
Т дистанционное измерение | 2 В
дистанционное измерение
Рис. 30. Структурная схема модуля питания Maxim Power Module
на рис. 30. Для формирования напряжений питания 1, 1,8, 2,5 и 3,3 В в этом модуле используются пять синхронных понижающих преобразователей MAX8686. Напряжения 1,2 и 1,5/1,35 В вырабатываются двумя синхронными импульсными преобразователями со встроенными MOSFET-транзисторами MAX8654. Формирование уровня 2 В осуществляется интегральным стабилизатором напряжения MAX15041, представляющим собой ШИМ-контроллер с интегрированными MOSFET-транзисторами. Подробные сведения о параметрах и особенностях применения модуля питания Maxim Power Module приведены в [26].
Модуль питания GE Energy Power Module реализован на базе микромодулей DC/DC-преобразователей напряжения серии Analog Pico DLynx, предлагаемых компанией General Electric Energy. Конструктивное исполнение этого модуля показано на рис. 31.
Обобщенная структурная схема модуля питания GE Energy Power Module изображена на рис. 32. В состав этой схемы входят пять микромодулей PVX006A0X3, два микромодуля PVX012A0X3 и один микромодуль PVX003A0X3. Преобразователи PVX006A0X3 используются для формирования уровней напряжений питания 1, 1,2, 1,5/1,35 и 1,8 В. Микромодули PVX012A0X3 вырабатывают уровни напряжения 2,5 и 3,3 В, а преобразователь PVX003A0X3 — уровень 2 В.
Модуль питания ADI Power Module выполнен на базе микросхем компании Analog Devices. Внешний вид этого модуля представлен на рис. 33.
Обобщенная структурная схема модуля питания ADI Power Module приведена на рис. 34. Основу этой схемы образуют четыре экземпляра микросхемы ADP1850, которая представляет собой сдвоенный контроллер синхронного понижающего преобразователя напря-
Рис. 32. Структурная схема модуля питания GE Energy Power Module
Рис. 34. Структурная схема модуля питания ADI Power Module
жения. Детальная информация о характеристиках и рекомендации по практическому использованию модуля питания ADI Power Module содержатся в [27].
Модуль питания ST Power Module реализован на основе элементов, выпускаемых компанией ST Microelectronics. На рис. 35 представлена обобщенная структурная схема этого модуля. В составе модуля питания ST Power Module применяются контроллеры понижающих преобразователей напряжения, интегральные импульсные стабилизаторы и супервизор напряжения. Сдвоенные контроллеры понижающих преобразователей напряжения PM6680 используются для формирования уровней 1, 2,5 и 3,3 В. Интегральные импульсные стабилизаторы L5989 вырабатывают напряжения 1,2, 1,5/1,35 и 2 В. С помощью понижающего импульсного преобразователя L6728 формируется уровень напряжения 1,8 В.
Рис. 35. Структурная схема модуля питания ST Power Module
Супервизор питания STM1811 позволяет контролировать уровни напряжения, вырабатываемого модулем питания ST Power Module.
Заключение
Аппаратные средства разработки и отладки цифровых устройств и встраиваемых микропроцессорных систем, проектируемых на основе ПЛИС FPGA фирмы Xilinx серии Kintex-7, не ограничиваются инструментальными комплектами, представленными в этой статье. В текущем году запланирован выпуск следующих программно-инструментальных комплексов, ориентированных на различные области применения: Xilinx Kintex-7 Embedded Kit, Xilinx Kintex-7 Connectivity Kit, Xilinx Kintex-7 KC724 Transceiver Characterization Kit и Xilinx Kintex-7 Consumer & Broadcast Video Kit. Основным компонентом первых двух из перечисленных комплектов является инструментальный модуль Xilinx KC705 Evaluation Board, характеристики и архитектура которого были подробно рассмотрены в первой части статьи. Наиболее существенные различия этих комплектов проявляются в составе предоставляемых средств проектирования и предлагаемых готовых решений (образцовых проектов). Такое разнообразие вариантов комплектации аппаратных и программных отладочных средств создает предпосылки для выбора инструментального комплекта с оптимальным сочетанием функциональных возможностей и стоимости, что позволит существенно сократить
длительность процесса разработки цифровых устройств и встраиваемых микропроцессорных систем. ■
Литература
1. Зотов В. Особенности архитектуры нового поколения ПЛИС с архитектурой FPGA фирмы Xilinx // Компоненты и технологии. 2010. № 12.
2. 7 Series FPGAs Overview. Advance Product Specification. Xilinx, 2012.
3. Artix-7 FPGAs Data Sheet: DC and Switching Characteristics. Xilinx, 2011.
4. Kintex-7 FPGAs Data Sheet: DC and Switching Characteristics. Xilinx, 2011.
5. Virtex-7 FPGAs Data Sheet: DC and Switching Characteristics. Xilinx, 2011.
6. 7 Series FPGAs Migration. Methodology Guide. Xilinx, 2011.
7. 7 Series FPGAs Configuration User Guide. Xilinx, 2011.
8. 7 Series FPGAs SelectIO Resources User Guide. Xilinx, 2011.
9. 7 Series FPGAs Clocking Resources User Guide. Xilinx, 2011.
10. 7 Series FPGAs Memory Resources User Guide. Xilinx, 2012.
11. 7 Series FPGAs Configurable Logic Block User Guide. Xilinx, 2012.
12. 7 Series FPGAs GTX Transceivers User Guide. Xilinx, 2011.
13. 7 Series FPGAs Integrated Block for PCIe User Guide. Xilinx, 2012.
14. 7 Series DSP48E1 Slice User Guide. Xilinx, 2012.
15. 7 Series FPGAs XADC Dual 12-bit 1MSPS Analog-to-Digital Converter User Guide. Xilinx, 2011.
16. 7 Series FPGAs GTP Transceivers User Guide. Xilinx, 2012.
17. Зотов В. Проектирование встраиваемых микропроцессорных систем на основе ПЛИС фирмы Xilinx. М.: Горячая линия - Телеком, 2006.
18. Зотов В. Проектирование цифровых устройств на основе ПЛИС фирмы Xilinx в САПР WebPack ISE. М.: Горячая линия - Телеком, 2003.
19. Зотов В. Средства внутрикристальной отладки цифровых устройств и встраиваемых микропроцессорных систем, разрабатываемых на базе ПЛИС с архитектурой FPGA фирмы Xilinx — ChipScope Pro // Компоненты и технологии. 2008. № 10.
20. Зотов В. Инструментальные средства отладки устройств цифровой обработки сигналов, проектируемых на основе ПЛИС FPGA фирмы Xilinx серий Virtex-6 и Spartan-6 // Компоненты и технологии. 2011. № 4-12.
21. KC705 Evaluation Board for the Kintex-7 FPGA User Guide. Xilinx, 2012.
22. Kintex-7 FPGA KC705 Evaluation Kit Getting Started Guide. Xilinx, 2012.
23. Xilinx Kintex-7 FPGA DSP Development Kit with High-Speed Analog Getting Started Guide. Avnet Electronic Marketing, Inc., 2012.
24. Texas Instruments Power Module User Guide. Avnet Electronic Marketing, Inc., 2012.
25. Texas Instruments SIMPLE SWITCHER Power Module User Guide. Avnet Electronic Marketing, Inc., 2012.
26. Maxim Power Module User Guide. Avnet Electronic Marketing, Inc., 2012.
27. Analog Devices Power Module. Avnet Electronic Marketing, Inc., 2012.
