Matriz analógica programable en campo

Un arreglo analógico programable en campo ( FPAA ) es un dispositivo de circuito integrado que contiene bloques analógicos computacionales (CAB) ^{[ 1 ] [ 2 ]} e interconexiones entre estos bloques que ofrecen programabilidad en campo . A diferencia de su contraparte digital , el FPGA , los dispositivos tienden a estar más orientados a aplicaciones que a propósito general, ya que pueden ser dispositivos de modo de corriente o de modo de voltaje. Para los dispositivos de modo de voltaje, cada bloque generalmente contiene un amplificador operacional en combinación con una configuración programable de componentes pasivos. Los bloques pueden, por ejemplo, actuar como sumadores o integradores .

Los FPAA suelen operar en uno de dos modos: tiempo continuo y tiempo discreto .

• Los dispositivos de tiempo discreto poseen un reloj de muestreo del sistema . En un diseño de condensador conmutado , todos los bloques muestrean sus señales de entrada con un circuito de muestreo y retención compuesto por un interruptor semiconductor y un condensador. Esto alimenta una sección de amplificador operacional programable que puede enrutarse a varios otros bloques. Este diseño requiere una construcción de semiconductores más compleja . Un diseño alternativo, de corriente conmutada, ofrece una construcción más simple y no requiere el condensador de entrada, pero puede ser menos preciso y tiene un menor factor de carga (solo puede controlar un bloque subsiguiente). Ambos tipos de dispositivos de tiempo discreto deben compensar el ruido de conmutación, el aliasing a la frecuencia de muestreo del sistema y el ancho de banda limitado por la frecuencia de muestreo durante la fase de diseño.
• Los dispositivos de tiempo continuo funcionan de forma similar a una matriz de transistores o amplificadores operacionales que pueden operar a su máxima capacidad . Los componentes se conectan en una disposición específica mediante una matriz configurable de interruptores. Durante el diseño del circuito , se deben tener en cuenta la inductancia parásita , la capacitancia y el ruido de la matriz de interruptores .

Actualmente existen muy pocos fabricantes de FPAA. Los recursos integrados en el chip siguen siendo muy limitados en comparación con los de una FPGA. Esta escasez de recursos suele ser citada por los investigadores como un factor limitante en sus investigaciones.

El término FPAA fue utilizado por primera vez en 1991 por Lee y Gulak. ^{[ 3 ]} Propusieron el concepto de CABs conectados mediante una red de enrutamiento y configurados digitalmente. Posteriormente, en 1992 y 1995 ^{[ 4 ]} desarrollaron aún más el concepto con la inclusión de amplificadores operacionales, condensadores y resistencias. Este chip original se fabricó utilizando tecnología CMOS de 1,2 μm y opera en el rango de 20 kHz con un consumo de energía de 80 mW.   

Sin embargo, el concepto de una matriz analógica definible por el usuario se remonta a 20 años antes, al "Monochip" analógico programable por máscara inventado por el diseñador del famoso chip temporizador 555, Hans Camenzind, y su empresa Interdesign (adquirida posteriormente por Ferranti en 1977). El Monochip fue la base de una línea pionera de chips para sintetizadores musicales, comercializados por Curtis Electromusic (CEM). ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]}

Pierzchala et al. introdujeron un concepto similar denominado circuito analógico programable electrónicamente ( EPAC ). ^{[ 9 ]} Este circuito contaba con un único integrador. Sin embargo, propusieron una arquitectura de interconexión local para intentar evitar las limitaciones de ancho de banda.

El procesador de señal analógica reconfigurable ( RASP ) y una segunda versión fueron presentados en 2002 por Hall et al. ^{[ 10 ] [ 11 ].} Su diseño incorporó elementos de alto nivel, como filtros de paso de banda de segundo orden y multiplicadores de matrices vectoriales de 4x4 en los CAB. Debido a su arquitectura, está limitado a unos 100  kHz y el chip en sí no puede admitir la reconfiguración independiente.

En 2004, Joachim Becker retomó la conexión en paralelo de OTA (amplificadores de transconductancia operacional) y propuso su uso en una arquitectura de interconexión local hexagonal. ^{[ 12 ]} No requería una red de enrutamiento y eliminaba la conmutación de la ruta de la señal, lo que mejora la respuesta en frecuencia.

En 2005, Fabian Henrici trabajó con Joachim Becker para desarrollar un OTA conmutable e invertible que duplicó el ancho de banda máximo del FPAA. ^{[ 13 ]} Esta colaboración dio como resultado el primer FPAA fabricado en una tecnología CMOS de 0,13  μm .

En 2016, la Dra. Jennifer Hasler del Instituto Tecnológico de Georgia diseñó un sistema FPAA en un chip que utiliza tecnología analógica para lograr reducciones de potencia y tamaño sin precedentes. ^{[ 14 ]}

• Dispositivos de radiofrecuencia programables en campo
• Dispositivo lógico programable complejo (CPLD)
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• NoC – red en un chip
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• "La respuesta de Analog Devices a las FPGA abre el campo a las masas", Sunny Bains, EE Times , 21 de febrero de 2008, número 1510.
• "Matrices analógicas programables en campo" , Tim Edwards, proyecto de la Universidad Johns Hopkins , 1999.
• "Matrices analógicas programables en campo" Joachim Becker, et al., Universidad de Friburgo , Departamento de Ingeniería de Microsistemas. Proyecto de investigación Hex FPAA.
• Matrices analógicas programables en campo (FPAA) de Anadigm
• Proyecto del Instituto Tecnológico de Georgia : "Laboratorio Integrado de Electrónica Computacional (ICE)".