Dave Jones與拆解的電源/測(cè)量單元

Dave Jones拆解了安捷倫B2912A型號(hào)的電源/測(cè)量單元（SMU，稱為 “shmoo”），內(nèi)部使用了5顆Xilinx的FPGA和CPLD

Dave Jones（瘋狂的澳洲人）經(jīng)營(yíng)著EEVblog.com網(wǎng)站，在5年時(shí)間里，上傳了超過(guò)600個(gè)電子類的視頻。在每周二，Jones會(huì)拆解一個(gè)不錯(cuò)的設(shè)備（當(dāng)然，有時(shí)候沒有那么好），Jones并不是簡(jiǎn)單地把盒子破壞、打開，他會(huì)用他豐富的電子設(shè)計(jì)知識(shí)來(lái)說(shuō)明這個(gè)設(shè)備是怎么設(shè)計(jì)的，為什么要這么設(shè)計(jì)。

這一周，Jones拆解了一臺(tái)安捷倫Agilent B2912A 精密型電源/測(cè)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(shù)字轉(zhuǎn)換能力 ( 采樣率最高為 100000點(diǎn)/秒 )，這些精密儀器通常被用來(lái)測(cè)量半導(dǎo)體器件，并產(chǎn)生我們?cè)跀?shù)據(jù)手冊(cè)上看到的電壓-電流曲線。

長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)的拆解視頻中，Jones發(fā)現(xiàn)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(chǎn)這些CPLD）。安捷倫SMU的處理器板使用了1個(gè)STMicro SPEAR eMPU (ARM Cortex-A9)和1個(gè)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(kuò)展，因?yàn)镕PGA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(xù)處理器板的升級(jí)需要，而把處理器電路從模擬板中分離出來(lái)，這樣可以只升級(jí)處理器板上的快速演進(jìn)的數(shù)字部件，而不需要改變模擬板的設(shè)計(jì)?！八麄儯ò步輦悾┫胫圃煲粋€(gè)適應(yīng)未來(lái)15年發(fā)展的儀器，在這15年里，模擬部分的設(shè)計(jì)不會(huì)過(guò)時(shí)，但是數(shù)字控制器可能需要進(jìn)行升級(jí)”

Jones是對(duì)的。如果把處理器板放在現(xiàn)在來(lái)設(shè)計(jì)，為了對(duì)性能進(jìn)行升級(jí)以及簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，安捷倫很可能會(huì)采用Zynq完全可編程的SoC器件來(lái)替代上面STMicro SPEAR處理器芯片，因?yàn)閆ynq SoC器件內(nèi)置了一個(gè)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(gè)細(xì)節(jié)，他發(fā)現(xiàn)板上使用了一個(gè)TI ISO7240M雙通道數(shù)字隔離器來(lái)把兩顆可編程器件分開。Spartan-6 FPGA實(shí)現(xiàn)了任意波形發(fā)生器的功能。該FPGA要驅(qū)動(dòng)一個(gè)TxDAC的模擬器件，TxDAC接著要驅(qū)動(dòng)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(rèn)為，CPLD的用途是把儀器處理器板的執(zhí)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(cè)大電容的下方，CPLD在兩顆芯片的左邊，TI的數(shù)字隔離器在中間。如果仔細(xì)看，可以看到這些器件附近的絲網(wǎng)印刷的電流隔離線。

安捷倫B2912A SMU模擬板。