আধুনিক মিশ্র সংকেত ডিজাইনে ফিল্ড-প্রোগ্রামযোগ্য অ্যানালগ অ্যারেগুলি বোঝা

আধুনিক ইলেকট্রনিক সিস্টেমগুলির সাথে ক্রমবর্ধমানভাবে সেন্সরগুলিকে সংহত করে এবং ক্রমবর্ধমান গতিশীল পরিবেশে কাজ করে,স্থির অ্যানালগ সার্কিটের সীমাবদ্ধতা উপেক্ষা করা ক্রমবর্ধমান কঠিন হয়ে উঠছেডিজিটাল প্রসেসিং আজকের সিস্টেম আর্কিটেকচারে আধিপত্য বিস্তার করতে পারে, কিন্তু শারীরিক জগত এখনও প্রকৃতির অ্যানালগ।actuator এবং ইন্টারফেস বাস্তব বৈদ্যুতিক সংকেতএই সংকেতগুলির কার্যকর প্রক্রিয়াকরণের আগে, প্রথমে পরিবর্ধন, ফিল্টারিং এবং কন্ডিশনার করা আবশ্যক।

নিম্ন বিলম্বিত প্রতিক্রিয়া একটি মূল সূচক হয়ে উঠছে এবং অ্যাপ্লিকেশন প্রয়োজনীয়তা বিকশিত হচ্ছে, সিমুলেশন ফ্রন্ট এন্ডের গুরুত্ব আবারও তুলে ধরা হয়েছে।অটোমোটিভ ইলেকট্রনিক্স এবং ইন্টারনেট অফ থিংস প্ল্যাটফর্মগুলি সুনির্দিষ্ট এবং অভিযোজিত সংকেত কন্ডিশনিংয়ের উপর নির্ভর করেঅ্যানালগ সিগন্যালের গুণমানের সামান্য উন্নতি প্রায়ই সরাসরি সিস্টেমের উচ্চতর নির্ভুলতা, নির্ভরযোগ্যতা এবং দক্ষতায় অনুবাদ করে।

ঐতিহ্যগতভাবে, অ্যানালগ সিগন্যাল লিঙ্কটি স্থির কার্যকরী উপাদান যেমন অপারেশনাল এম্প্লিফায়ার, ফিল্টার এবং তুলনাকারী থেকে নির্মিত হয়।এই পদ্ধতিটি চমৎকার ফলাফল প্রদান করে যখন প্রয়োজনীয়তা স্থিতিশীল এবং স্পষ্ট হয়. তবে এটি স্বতঃস্ফূর্তভাবে শক্ত। সেন্সর বৈশিষ্ট্য, অপারেটিং শর্ত বা কর্মক্ষমতা লক্ষ্যগুলির পরিবর্তনগুলি প্রায়শই স্কিম্যাটিক সংশোধন, পিসিবি বিন্যাস পুনরায় ডিজাইন,এবং অতিরিক্ত যাচাইকরণ চক্র.

ফিল্ড প্রোগ্রামযোগ্য অ্যানালগ অ্যারে (এফপিএএ) একটি খুব ভিন্ন পদ্ধতির সরবরাহ করে। ইঞ্জিনিয়াররা হার্ডওয়্যারে একটি স্থির অ্যানালগ সংকেত লিঙ্ক ব্যবহার না করে সফ্টওয়্যারের মাধ্যমে অ্যানালগ ফাংশনগুলি কনফিগার করতে পারে।OKIKA ডিভাইস OTC2310K04-PIKA, Chameleon TM 8-অর্ডার বাটারওয়ার্থ লো-পাস ফিল্টার এবং Apex Quad4 (চিত্র 1) চিত্রিত করে যে কীভাবে প্রোগ্রামযোগ্য অ্যানালগ আর্কিটেকচারটি একটি বাস্তব মিশ্র সংকেত সিস্টেমে প্রয়োগ করা হয়।এই নিবন্ধে FPAA কিভাবে কাজ করে তা আলোচনা করা হয়েছে, আধুনিক সিস্টেম আর্কিটেকচারে এর অবস্থান এবং প্রোগ্রামযোগ্য সিমুলেশন সমাধানগুলি মূল্যায়ন করার সময় ইঞ্জিনিয়ারদের বিবেচনা করা উচিত।

Okika PiKa Quad FlexFPAA ডেভেলপমেন্ট বোর্ড (বিস্তারিত করতে ক্লিক করুন)
চিত্র ১ঃ Okika PiKa Quad FlexFPAA ডেভেলপমেন্ট বোর্ড। চিত্র উৎসঃ Okika ডিভাইস)

সিমুলেশন ডিজাইনের কাঠামোগত সমস্যা
অ্যানালগ ডিজাইন বিভিন্ন চ্যালেঞ্জের মুখোমুখি হয় যা ডিজিটাল প্রকৌশলীরা খুব কমই মুখোমুখি হয়। সার্কিট বৈশিষ্ট্যগুলি উপাদান সহনশীলতা, তাপমাত্রা বিচ্যুতি,গোলমাল সংযুক্তি এবং বিন্যাস প্রভাব. ছোটখাট পরিবর্তনগুলি লাভ, স্কিউ, ব্যান্ডউইথ বা স্থিতিশীলতার উপর উল্লেখযোগ্য প্রভাব ফেলতে পারে।

যাচাইকরণ এবং টিউনিং প্রক্রিয়াটি প্রায়শই সময়সাপেক্ষ এবং পুনরাবৃত্তিমূলক হয়। ডিজাইনারকে শক্তি এবং তাপমাত্রার সীমার মধ্যে কর্মক্ষমতা মূল্যায়ন করতে হবে, সবচেয়ে খারাপ ক্ষেত্রে সহনশীলতা বিবেচনা করতে হবে,এবং সিস্টেম-স্তরের প্রয়োজনীয়তার সাথে সম্মতি যাচাইশক্তিশালী কর্মক্ষমতা অর্জনের জন্য, সার্কিট বোর্ডগুলি প্রায়শই বেশ কয়েকবার সংশোধন করা হয়।

পুনরাবৃত্তি ব্যয় একটি দীর্ঘদিনের সমস্যা। প্রতিরোধের মান বা ফিল্টার টপোলজি সামঞ্জস্য করার অর্থ সাধারণত হার্ডওয়্যারটি পুনরায় ডিজাইন করা। প্রতিটি সংশোধন ব্যয়, সময়সূচী এবং ঝুঁকি যুক্ত করে।

শেষের পরিবর্তনগুলি বিশেষত ধ্বংসাত্মক। নতুন সেন্সর, আপডেট হওয়া সম্মতি প্রয়োজনীয়তা, বা অপ্রত্যাশিত শব্দ উত্সগুলি উল্লেখযোগ্য পুনরায় ডিজাইন করতে বাধ্য করতে পারে। ডিজিটাল সিস্টেমের বিপরীতে,এই সমস্যাগুলি ফার্মওয়্যার আপগ্রেড দ্বারা সমাধান করা যাবে নানমনীয়তার অভাব দীর্ঘকাল ধরে সিমুলেশন সিস্টেমের উপর ফোকাস করার জন্য একটি কাঠামোগত সীমাবদ্ধতা ছিল।

ফিল্ড-প্রোগ্রামযোগ্য অ্যানালগ অ্যারেতে ভূমিকা
এফপিজিএ হল কনফিগারযোগ্য অ্যানালগ ফাংশন সহ একটি ইন্টিগ্রেটেড সার্কিট। এফপিএএ স্থির অভ্যন্তরীণ সার্কিটের উপর নির্ভর করে না, তবে একটি অন্তর্নির্মিত প্রোগ্রামযোগ্য অ্যানালগ বিল্ডিং ব্লক।এই বিল্ডিং ব্লকগুলি কাস্টমাইজড সিগন্যাল পাথ গঠন করতে আন্তঃসংযুক্ত করা যেতে পারে.

সাধারণ FPAA ফাংশনগুলির মধ্যে রয়েছে পরিবর্ধন, ফিল্টারিং, ইন্টিগ্রেশন এবং তুলনা। একই ডিভাইসটি পণ্য বিকাশের বিভিন্ন পর্যায়ে একটি ভিন্ন কনফিগারেশন সম্পাদন করতে পারে,অথবা এমনকি সম্পূর্ণরূপে একটি নতুন কার্যকরী দৃষ্টিভঙ্গি অর্জন করার জন্য তার উদ্দেশ্য redefineএই পুনরায় কনফিগারযোগ্যতা FPAA এর একটি গুরুত্বপূর্ণ বৈশিষ্ট্য।

এফপিএএগুলি প্রায়শই এফপিজিএগুলির সাথে তুলনা করা হয়, যদিও প্রযুক্তির পরিবর্তে ধারণার মধ্যে মিল রয়েছে। উভয়ই পুনরায় ব্যবহারযোগ্য ফাংশন ব্লক এবং প্রোগ্রামযোগ্য আন্তঃসংযোগের উপর নির্ভর করে।দুটি মধ্যে প্রধান পার্থক্য হল যে FPAA সরাসরি অবিচ্ছিন্ন সময় অ্যানালগ ডোমেনে কাজ করে, বাস্তব বিশ্বের সংকেতগুলিকে ডিজিটাল ফর্মে রূপান্তর না করেই প্রক্রিয়া করে।

হাইব্রিড সিগন্যাল সিস্টেমে, এফপিএএ প্রায়শই একটি অভিযোজিত অ্যানালগ ফ্রন্ট-এন্ড হিসাবে ব্যবহৃত হয়। এই ডিভাইসগুলি সেন্সর এবং এডিসির মধ্যে, বা ডিএসি এবং অ্যাকচুয়েটরের মধ্যে অবস্থিত,ডিজিটাল প্রসেসিং শুরু করার আগে সিগন্যালের গুণমান উন্নত করা.

মূল স্থাপত্য এবং কনফিগারেশন মডেল
এফপিএএ একটি কনফিগারযোগ্য অ্যানালগ ব্লক (সিএবি) এর চারপাশে নির্মিত যা ডিভাইসের কোর গঠন করে। এই মডিউলগুলি সাধারণত পরিবর্ধক, ফিল্টার, সংহতকারী,এবং তুলনামূলকপ্রতিটি মডিউল প্রোগ্রামযোগ্য যাতে ডিজাইনার প্রয়োজনীয় সার্কিট বৈশিষ্ট্য নির্ধারণের জন্য লাভ, ব্যান্ডউইথ, অফসেট শর্ত এবং থ্রেশহোল্ড স্তরের মতো পরামিতি সেট করতে পারে।

এই মডিউলগুলির আন্তঃসংযোগ প্রোগ্রামযোগ্য আন্তঃসংযোগ (রাউটিং কাঠামো) এর মাধ্যমে অর্জন করা হয়।এই কাঠামোটি সংকেতটি ডিভাইসের মাধ্যমে কীভাবে প্রবাহিত হয় তা নির্ধারণ করে এবং বাহ্যিক হার্ডওয়্যারটি পুনরায় ডিজাইন না করেই সংকেত চেইনের পুনরায় সাজানো বা সম্প্রসারণের অনুমতি দেয়.

একটি ডিভাইসের নির্দিষ্ট আচরণ কনফিগারেশন তথ্য দ্বারা সংজ্ঞায়িত করা হয় এবং সাধারণত একটি সুইচ তালিকা বা কনফিগারেশন মেমরি আকারে সংরক্ষণ করা হয়।এই কনফিগারেশন তথ্য পাওয়ার আপ লোড করা হয় এবং একটি এনালগ সংকেত পথ প্রতিষ্ঠিত হয়. অনেক FPAA প্ল্যাটফর্ম দ্রুত পুনরায় কনফিগারেশন সমর্থন করে, যা বিকাশের সময় বা কিছু ক্ষেত্রে অপারেশন চলাকালীন আপডেটগুলিকে অনুমতি দেয়।

এনালগ আই / ও ইন্টারফেস সেন্সর, এডিসি, ডিএসি এবং অন্যান্য বাহ্যিক উপাদানগুলির সাথে এফপিএএকে সংযুক্ত করে। এই ইন্টারফেসগুলি বিশেষভাবে পূর্বাভাসযোগ্য সংকেত স্তরগুলি নিশ্চিত করার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে,স্থিতিশীল অপারেশন এবং মিশ্র সংকেত সিস্টেমের সাথে বিরামবিহীন একীকরণ.

ডিজাইন প্রক্রিয়া এবং বিকাশের সুবিধা
এফপিএএ উন্নয়ন সিমুলেশন সিস্টেম ডিজাইন করার উপায় পরিবর্তন করে। স্থির কার্যকরী সার্কিট নির্মাণের জন্য বিচ্ছিন্ন ডিভাইস ব্যবহার করার পরিবর্তে, প্রকৌশলীরা স্বজ্ঞাত ব্যবহার করে,সিগন্যাল আচরণ নির্ধারণের জন্য স্কিম্যাটিক ভিত্তিক কনফিগারেশন সরঞ্জাম.

ডিজাইনার একটি কনফিগারযোগ্য অ্যানালগ ব্লক (সিএবি) নির্বাচন করে এবং একটি প্রোগ্রামযোগ্য তারের আর্কিটেকচারের মাধ্যমে মডিউলগুলিকে আন্তঃসংযুক্ত করে একটি সম্পূর্ণ সংকেত লিঙ্ক তৈরি করে (চিত্র ২) ।মূল পরামিতি যেমন লাভ, ফিল্টারিং বৈশিষ্ট্য এবং থ্রেশহোল্ড সরাসরি সফটওয়্যারে সেট করা যেতে পারে। এই ক্ষমতা ম্যানুয়াল গণনা থেকে দ্রুততর, আরো নমনীয়,এবং আরো কনফিগারযোগ্য পদ্ধতি.

কনফিগারযোগ্য অ্যানালগ ব্লক (সিএবি) নির্বাচন করে সম্পূর্ণ সংকেত লিঙ্ক তৈরি করা যেতে পারে (জুম ইন ক্লিক করুন)
চিত্র ২ঃ কনফিগারযোগ্য অ্যানালগ ব্লক (সিএবি) নির্বাচন করে এবং একটি প্রোগ্রামযোগ্য ক্যাবলিং আর্কিটেকচারের মাধ্যমে মডিউলগুলিকে আন্তঃসংযোগ করে সম্পূর্ণ সংকেত চেইন তৈরি করা হয় (উত্সঃ Okika ডিভাইস)

যেহেতু নকশাটি কয়েক মিনিটের মধ্যে আপডেট করা যেতে পারে, তাই পুনরাবৃত্তি চক্রটি উল্লেখযোগ্যভাবে দ্রুত। প্রকৌশলীরা দ্রুত বিকল্পগুলি অনুসন্ধান করতে পারে, বাণিজ্য-অফগুলি মূল্যায়ন করতে পারে,এবং ক্রমাগত কর্মক্ষমতা উন্নতএই পুনরাবৃত্তি গতিতে, বাস্তব অপ্টিমাইজেশান অর্জন করা যেতে পারে, যা প্রায়ই ঐতিহ্যগত এনালগ হার্ডওয়্যার দিয়ে সম্ভব নয় কারণ প্রতিটি পরিবর্তন পুনরায় নকশা, পুনরায় কনফিগারেশন এবং পুনরায় পরীক্ষা প্রয়োজন।

বেশিরভাগ এফপিএএ প্ল্যাটফর্মগুলি চালু হওয়ার সময় কনফিগারেশনটি লোড করে, যখন কিছু কাঠামোগত রানগুলি সমর্থন করে, যেমন অপারেটিং মোডগুলির মধ্যে স্যুইচ করা। উভয় ক্ষেত্রেই,হার্ডওয়্যার পরিবর্তন না করে সিমুলেশন ফাংশন পরিবর্তন করার ক্ষমতা বিকাশের সময়কে সংক্ষিপ্ত করে, খরচ কমায় এবং পণ্যের জীবনচক্র বাড়ায়।

প্রকৃতপক্ষে, এফপিএএ সিমুলেশন ডিজাইনে একটি সফটওয়্যার-সংজ্ঞায়িত মডেল নিয়ে আসে, যা বৈদ্যুতিন সিস্টেমের ফ্রন্ট-এন্ড নমনীয়তা, দক্ষতা এবং কর্মক্ষমতাকে একটি নতুন স্তরে নিয়ে আসে।

সাধারণ আবেদন
সেন্সর সিগন্যাল কন্ডিশনিং
সেন্সর ইন্টারফেস হল এফপিএএ-র প্রাথমিক ব্যবহারের ক্ষেত্রে। অনেক সেন্সর কম স্তরের, গোলমাল বা বিকৃতি সংকেত উৎপন্ন করে এবং ডিজিটালাইজেশনের আগে পরিবর্ধন, ফিল্টারিং এবং ক্যালিব্রেশন প্রয়োজন।

FPAA এই ফাংশনগুলিকে একটি একক ডিভাইসে সংহত করতে পারে যাতে উপাদানগুলির সংখ্যা হ্রাস পায় এবং নকশা পরিবর্তনগুলি সহজতর হয়।সেন্সর বৈশিষ্ট্য পরিবর্তন বা বিকাশের প্রয়োজন হলে সিগন্যাল চেইনগুলি পুনরায় ডিজাইন করার পরিবর্তে পুনরায় কনফিগার করা যেতে পারে.

এটি এমন সিস্টেমের জন্য বিশেষভাবে গুরুত্বপূর্ণ যা একাধিক সেন্সর প্রকার বা পরিবর্তনশীল প্রয়োজনীয়তা সমর্থন করে।

ইসিজি বা ইসিজি মনিটরিং একটি ভাল উদাহরণ। মানবদেহ থেকে পরিমাপ করা বৈদ্যুতিক সংকেতগুলি সাধারণত মাত্র কয়েক মিলিভোল্ট হয় এবং গতির শিল্পকর্ম, বিদ্যুৎ লাইনের হস্তক্ষেপ,এবং বেসলাইন ড্রিফটনির্ভরযোগ্য পরিমাপ অর্জনের জন্য, সিগন্যালগুলি এডিসিতে প্রবেশের আগে সঠিক পরিবর্ধন, ফিল্টারিং এবং সাধারণ মোড গোলমাল দমন প্রয়োজন।