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Dave Jones與拆解的電源/測量單元

Xilinx賽靈思官微 ? 來源:djl ? 作者:賽靈思Steve Leibso ? 2019-07-23 17:22 ? 次閱讀

Dave Jones拆解了安捷倫B2912A型號的電源/測量單元(SMU,稱為 “shmoo”),內部使用了5顆Xilinx的FPGACPLD

Dave Jones(瘋狂的澳洲人)經營著EEVblog.com網站,在5年時間里,上傳了超過600個電子類的視頻。在每周二,Jones會拆解一個不錯的設備(當然,有時候沒有那么好),Jones并不是簡單地把盒子破壞、打開,他會用他豐富的電子設計知識來說明這個設備是怎么設計的,為什么要這么設計。

這一周,Jones拆解了一臺安捷倫Agilent B2912A 精密型電源/測量單元(SMU),它具備以下性能特性:10 fA/100 nV 最小電源分辨率(6? 位),高分辨率的任意波形生成 (10μs最小間隔),高速數字轉換能力 ( 采樣率最高為 100000點/秒 ),這些精密儀器通常被用來測量半導體器件,并產生我們在數據手冊上看到的電壓-電流曲線。

長達數小時的拆解視頻中,Jones發現了至少5顆Xilinx器件:3顆Spartan FPGA以及2顆9572XL CPLD(是的,Xilinx還在生產這些CPLD)。安捷倫SMU的處理器板使用了1個STMicro SPEAR eMPU (ARM Cortex-A9)和1個Xilinx Spartan-3E XC3S1200E FPGA器件,從板子的布線可以看到,Xilinx FPGA為SPEAR處理器芯片提供了外部I/O的擴展,因為FPGA處于微處理器和處理器板的邊緣連接器之間:

安捷倫B2912A SMU處理器板。

Jones在視頻中指出,安捷倫為了后續處理器板的升級需要,而把處理器電路從模擬板中分離出來,這樣可以只升級處理器板上的快速演進的數字部件,而不需要改變模擬板的設計。“他們(安捷倫)想制造一個適應未來15年發展的儀器,在這15年里,模擬部分的設計不會過時,但是數字控制器可能需要進行升級”

Jones是對的。如果把處理器板放在現在來設計,為了對性能進行升級以及簡化設計,安捷倫很可能會采用Zynq完全可編程的SoC器件來替代上面STMicro SPEAR處理器芯片,因為Zynq SoC器件內置了一個雙核ARM Cortex-A9 MPCore處理器以及可編程邏輯。

安捷倫SMU中有兩塊精密的電壓/電流 電源板,每塊板都有2顆Xilinx可編程器件:一顆是Spartan-6 XC6SLX45 FPGA,另一顆是XC9572XL CPLD。為什么需要兩顆可編程邏輯器件呢?Jones注意到了一個細節,他發現板上使用了一個TI ISO7240M雙通道數字隔離器來把兩顆可編程器件分開。Spartan-6 FPGA實現了任意波形發生器的功能。該FPGA要驅動一個TxDAC的模擬器件,TxDAC接著要驅動板子的power FETs,power FETs水平分布在板子的中央位置,上面覆蓋著大塊的鋁散熱片。Jones認為,CPLD的用途是把儀器處理器板的執行命令傳遞給被隔離的Spartan-6 FPGA。

下圖是Jones拍攝的安捷倫SMU模擬板的照片,Spartan-6 FPGA位于右側大電容的下方,CPLD在兩顆芯片的左邊,TI的數字隔離器在中間。如果仔細看,可以看到這些器件附近的絲網印刷的電流隔離線。

安捷倫B2912A SMU模擬板。

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