IP核

百科解釋

目錄·IP核概述
·IP核介紹
·用IP核實現(xiàn)的D/A轉(zhuǎn)換器的功能及特點
·IP核再使用的十大注意事項

　　IP核則是一段具有特定電路功能的硬件描述語言程序，該程序與集成電路工藝無關(guān)，可以移植到不同的半導(dǎo)體工藝中去生產(chǎn)集成電路芯片。利用IP核設(shè)計電子系統(tǒng)，引用方便，修改基本元件的功能容易。具有復(fù)雜功能和商業(yè)價值的IP核一般具有知識產(chǎn)權(quán)，盡管IP核的市場活動還不規(guī)范，但是仍有許多集成電路設(shè)計公司從事IP核的設(shè)計、開發(fā)和營銷工作。IP核有兩種，與工藝無關(guān)的VHDL程序稱為軟核；具有特定電路功能的集成電路版圖稱為硬核。硬核一般不允許更改，利用硬核進行集成電路設(shè)計難度大，但是容易成功流片。

IP核介紹

　　IP（知識產(chǎn)權(quán)）核將一些在數(shù)字電路中常用，但比較復(fù)雜的功能塊，如FIR濾波器、SDRAM控制器、PCI接口等設(shè)計成可修改參數(shù)的模塊。IP核的重用是設(shè)計人員贏得迅速上市時間的主要策略。隨著CPLD/FPGA的規(guī)模越來越大，設(shè)計越來越復(fù)雜（IC的復(fù)雜度以每年55%的速率遞增，而設(shè)計能力每年僅提高21%），設(shè)計者的主要任務(wù)是在規(guī)定的時間周期內(nèi)完成復(fù)雜的設(shè)計。調(diào)用IP核能避免重復(fù)勞動，大大減輕工程師的負擔(dān)，因此使用IP核是一個發(fā)展趨勢。
　　IP核包括硬IP與軟IP�？膳渲肐P是參數(shù)化后的可重定目標IP，其優(yōu)點是可以對功能加以裁剪，以符合特定的應(yīng)用。這些參數(shù)包括總線寬度、存儲器容量、使能或禁止功能塊。
　　硬IP最大的優(yōu)點是確保性能，如速度、功耗等。然而，硬IP難以轉(zhuǎn)移到新工藝或集成到新結(jié)構(gòu)中，是不可重配置的。
　　軟IP是以綜合形式交付的，因而必須在目標工藝中實現(xiàn)，并由系統(tǒng)設(shè)計者驗證。其優(yōu)點是源代碼靈活，可重定目標于多種制作工藝，在新功能級中重新配置。
　　不過目前大多數(shù)庫是收費的，但也可以從網(wǎng)上下載一些免費的IP核。

用IP核實現(xiàn)的D/A轉(zhuǎn)換器的功能及特點

　　數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器（DACs）將一個二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為與之對應(yīng)的電壓值，目前常用的D/A轉(zhuǎn)換器都是由電阻或電容加權(quán)網(wǎng)絡(luò)、受碼元控制的開關(guān)和基準電壓或電流源組成。當D/A轉(zhuǎn)換器需要轉(zhuǎn)換的信號每次取樣字長很長時，對這些電路的精度要求很高，并且還必須在整個溫度范圍和整個使用壽命期間內(nèi)保持電路參數(shù)的穩(wěn)定。例如，一個16位的D/A轉(zhuǎn)換器，其MSB的精度必須在1/2 16以內(nèi)，這是很困難的。所以，需尋求一種中保持高分辨率又可降低對電路精度和穩(wěn)定度要求的方法。
　　可綜合的Delta-Sigma DAC（術(shù)語Delta-Sigma分別指算術(shù)差與和，即Δ-∑DAC），是Xilinx公司提供的免費IP核，可從網(wǎng)上下載得到。
　　Delta-Sigma DAC使用數(shù)字技術(shù)，因而它不溫度的影響，并且能在一片可編程邏輯器件中實現(xiàn)。避免在D/A轉(zhuǎn)換器中使用匹配電阻，不僅能更便宜，而且，其轉(zhuǎn)換是線性的。Delta-Sigma DAC實際上是高速單個位的DAC，用數(shù)字反饋技術(shù)，在輸出端產(chǎn)生一串脈沖。脈沖串中信號為高電平的時間部分與二進制輸入成比例，當這個脈沖串通過一個模擬低通濾波器后就得到一個模擬輸出信號。
　　圖1
　　是一個典型的可編程邏輯器件實現(xiàn)的DAC的頂層電路圖，輸入信號有復(fù)位信號、時鐘信號以及二進制數(shù)據(jù)總線。輸出DACoutDrvr驅(qū)動一個外部的低通濾波器Vout能從0V～Vcco。這里Vcco是FPGA I/O塊的供電電壓。輸入/輸出詳細說明如表1所列。
　　表1 輸入輸出描述表
　　信號方向描述
　　DACOUT 輸出驅(qū)動外部低通濾波器的脈沖串（通過一個輸出驅(qū)動器）
　　DACIN 輸入數(shù)字輸入總線，值必須設(shè)置成鐘的正沿
　　clk 輸入正沿有效
　　Reset 輸入復(fù)位信號初始化SigmaLatch和輸出D觸發(fā)器
　　DAC的二進制輸入是一個無符號數(shù)�！�0”代表最低電壓，輸出的模擬電壓也只有正的�！�0”輸入產(chǎn)生0V輸出，輸入端全“1”，則輸出近似達到Vcco。
　　圖2
　　是Delta-Sigma DAC的原理框圖，二進制輸入的位寬是可變的。為簡單起見，電路原理圖描述了一個8位二進制輸入的DAC。
　　在這個器件中，二進制加法器用來產(chǎn)生和，也用來產(chǎn)生差。盡管Delta Adder的輸入是無符號數(shù)，兩個加法器的輸出卻都是有符號數(shù)。Delta Adder計算DAC輸入和當前DAC輸出的差，并用一個二進制數(shù)表示。因為DAC的輸出是一個單個的位，因此它不是1就是0。如圖2所示，當輸入加上由Sigma Latch的輸出的兩個拷貝與0構(gòu)成的10位數(shù)，就產(chǎn)生差值，這也補償了DACIN是無符號數(shù)的事實。Sigma Adder將它原來的輸出（保存在Sigma Latch中）與當前的Delta Adder的輸出相加。
　　圖1中輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系為
　　VOUT=(DACIN/(2MSBI+1))×VCCO
　　式中單位為V。
　　例如，對于一個8位DAC（MSBI=7），最后的輸出是這樣：DACIN輸入是0，則輸出也是0；DACIN輸入是十六進制數(shù)FF時，輸出值為最大(255/256)×Vcco。
　　阻容低通濾波器適合多數(shù)應(yīng)用需要，一個簡單的阻容低通濾波器就能工作得很好。
　　Vs的定義是：DAC輸入增加或減少時，在Vout端產(chǎn)生變化的絕對值。對一個8位DAC，Vs等于（1/256）×Vcco。
　　Vout能夠產(chǎn)生在0V～Vcco之間可變的電壓，具體的值由DACIN的位寬和輸入的數(shù)值決定。
　　Delta-Sigma DAC適合需要相對高精度的低頻應(yīng)用。在這種應(yīng)用中，電壓不會很快地變化，因此，RC的時間常數(shù)可以很大，以減小噪聲。
　　這種DAC最廣泛的應(yīng)用就是產(chǎn)生通常直流電壓。這包括電壓控制振蕩器、電壓控制運算放大器、I/O參數(shù)電壓、可編程電壓源、波形發(fā)生器（正弦、三角等）、A/D轉(zhuǎn)換中的參考電壓等。
　　Delta-Sigma DAC是一個例子，說明高速可編程邏輯器件能用于混合信號系統(tǒng)，以減少元件的數(shù)量�？删幊踢壿嬈骷乃俣群兔芏仁顾鼈兂蔀槟M信號產(chǎn)生和處理方面理想的元件。
　　用VHDL語言編寫的程序
　　library ieee;
　　use ieeestd_logic_1164.all;
　　use ieee.std_logic_arith.all;
　　use ieee.std_logic_unsigned.all;
　　entity dac_ds is
　　port(reset :in std_logic;
　　clk :in std_logic;
　　din :in std_logic_vector(7 downto 0);--Signed integer
　　dout :out std_logic;
　　);
　　end dac_ds;
　　architecture arch_dac_ds of dac_ds is
　　signal error :std_logic_vector(9 downto 0);--Error accumulator is 2 bits larger
　　constant zeros:std_logic_vector(7 downto 0):=(others=>&＃039;0&＃039;);
　　begin
　　process(reset,clk,din)
　　variable val :std_logic_vector(9 downto 0);
　　begin
　　if reset=&＃039;1&＃039;then
　　error<=(others=>&＃039;0&＃039;);
　　dout<=&＃039;0&＃039;;
　　elsif clk&＃039;event and clk=&＃039;1&＃039; then
　　--val:=din+error;din is sign extended to nbits+2
　　val:=(din(din&＃039;high)&din(din&＃039;high)&din)+error;
　　if val(val&＃039;high)=&＃039;0&＃039;then
　　dout<=&＃039;1&＃039;;
　　error<=val+("11"& zeros);
　　else
　　dout<=&＃039;0&＃039;;
　　error<=val+("01"&zeros);
　　end if;
　　end if;
　　end process;
　　end arch_dac_ds;
　　4 芯片的選擇和配置
　　選擇MAX7000S系列可編程邏輯器件，編譯后由MAX+PLUS II軟件自動配置進EMP7032SLC44芯片，將生成的目標文件通過編程電纜對器件進行編程。
　　將該IP核實現(xiàn)的D/A轉(zhuǎn)換器用于新型智能電阻爐溫度控制儀中，因為調(diào)節(jié)爐溫的信號不要求變化很快，因此DAC的輸入二進制信號為緩變信號。對于這種低頻應(yīng)用，可以將RC時間常數(shù)取得較大，以減小噪聲。這樣，可綜合的VHDL語言Delta-Sigma DAC模塊配置進EMP7032芯片后，達到了預(yù)期的效果。

IP核再使用的十大注意事項

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