FPGA ఉపయోగించి వేరియబుల్ డ్యూటీ సైకిల్‌తో PWM సిగ్నల్స్ ఉత్పత్తి

ఈ వ్యాసం వివరిస్తుంది పల్స్ వెడల్పు మాడ్యులేషన్ యొక్క తరం VHDL ఉపయోగించి FPGA లో వేరియబుల్ డ్యూటీ సైకిల్‌తో సంకేతాలు. PWM కి స్థిర పౌన frequency పున్యం మరియు వేరియబుల్ వోల్టేజ్ ఉన్నాయి. ఈ వ్యాసం గడియార సిగ్నల్ యొక్క వక్రతను తగ్గించడం ద్వారా గడియార ఫ్రీక్వెన్సీని తగ్గించడానికి డిజిటల్ క్లాక్ మేనేజర్ గురించి చర్చిస్తుంది. పోలికను ఉపయోగించి PWM సంకేతాలను ఉత్పత్తి చేసే ఇన్పుట్ డేటాను ఉత్పత్తి చేయడానికి స్థిర పౌన frequency పున్యం ఉపయోగించబడుతుంది. ఎలక్ట్రానిక్ కంపెనీలు తమ ఉత్పత్తులకు అంకితమైన హార్డ్‌వేర్‌ను వారి ప్రమాణాలు మరియు ప్రోటోకాల్‌లతో రూపకల్పన చేస్తాయి, ఇది తుది వినియోగదారులకు వారి అవసరాలకు అనుగుణంగా హార్డ్‌వేర్‌ను తిరిగి ఆకృతీకరించడం సవాలుగా చేస్తుంది. హార్డ్వేర్ కోసం ఈ అవసరం కస్టమర్-కాన్ఫిగర్ చేయదగిన కొత్త విభాగం యొక్క పెరుగుదలకు దారితీసింది ఫీల్డ్ ప్రోగ్రామబుల్ ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్లు FPGA లు .

పల్స్ వెడల్పు మాడ్యులేషన్ (పిడబ్ల్యుఎం)

పల్స్ వెడల్పు మాడ్యులేషన్ కమ్యూనికేషన్ యొక్క అనువర్తనాలలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతుంది మరియు నియంత్రణ వ్యవస్థలు . నియంత్రణ వ్యవస్థలలో విభిన్న విధానాలను ఉపయోగించి పల్స్ వెడల్పు మాడ్యులేషన్ ఉత్పత్తి చేయవచ్చు. ఇక్కడ, ఈ వ్యాసంలో, PWM హార్డ్‌వేర్ డిస్క్రిప్షన్ లాంగ్వేజ్ (VHDL) ను ఉపయోగించి ఉత్పత్తి చేయబడుతుంది మరియు FPGA లో అమలు చేయబడుతుంది. FPGA పై PWM అమలు డేటా వేగంగా ప్రాసెస్ చేయగలదు మరియు కంట్రోలర్ ఆర్కిటెక్చర్ స్థలం లేదా వేగం కోసం ఆప్టిమైజ్ చేయవచ్చు.

పిడబ్ల్యుఎం అనేది నియంత్రిత కాలానికి తర్కం ‘0’ మరియు తర్కం ‘1’ అందించే సాంకేతికత. ఇది సిగ్నల్ మూలం, ఇది లోడ్‌కు పంపిన శక్తిని నియంత్రించడానికి దాని విధి చక్రం యొక్క మాడ్యులేషన్‌ను కలిగి ఉంటుంది. PWM లో, చదరపు తరంగం యొక్క కాల వ్యవధి స్థిరంగా ఉంచబడుతుంది మరియు సిగ్నల్ HIGH గా ఉండే సమయం వైవిధ్యంగా ఉంటుంది.

PWM దాని ఉత్పత్తిపై పప్పులను ఉత్పత్తి చేస్తుంది, HIGH లు మరియు LOW ల యొక్క సగటు విలువ PWM ఇన్‌పుట్‌కు అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది. సిగ్నల్ యొక్క విధి చక్రం వైవిధ్యంగా ఉంటుంది. PWM సిగ్నల్ అనేది వివిధ కాల విధి చక్రంతో స్థిరమైన కాలం చదరపు తరంగం. అంటే, పిడబ్ల్యుఎం సిగ్నల్ యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీ స్థిరంగా ఉంటుంది, కాని సిగ్నల్ యొక్క కాల వ్యవధి ఎక్కువగా ఉంటుంది మరియు చూపిన విధంగా మారుతుంది.

పిడబ్ల్యుఎం సిగ్నల్

వీహెచ్‌డీఎల్

VHDL అనేది ఒక భాష, ఇది ప్రవర్తనను వివరించడానికి ఉపయోగిస్తారు డిజిటల్ సర్క్యూట్ నమూనాలు . VHDL ను పరిశ్రమలు మరియు విద్యావేత్తలు డిజిటల్ సర్క్యూట్ల అనుకరణ కొరకు ఉపయోగిస్తారు. దీని రూపకల్పనను హార్డ్‌వేర్‌లో అమలు చేయడానికి అనువైన రూపంలో అనుకరించవచ్చు మరియు అనువదించవచ్చు.

పిడబ్ల్యుఎం ఆర్కిటెక్చర్

హై-స్పీడ్ ఎన్-బిట్ ఫ్రీ రన్నింగ్ కౌంటర్ ఉపయోగించి పిడబ్ల్యుఎమ్‌ను ఉత్పత్తి చేయడానికి ఇన్‌పుట్ డేటాను ఉత్పత్తి చేయడానికి, దీని అవుట్పుట్ రిజిస్టర్ అవుట్‌పుట్‌తో పోల్చబడుతుంది మరియు కంపారిటర్ సహాయంతో కావలసిన ఇన్‌పుట్ డ్యూటీ సైకిల్‌ను నిల్వ చేస్తుంది. పోలిక ఈ రెండు విలువలు సమానంగా ఉన్నప్పుడు అవుట్పుట్ 1 కు సెట్ చేయబడుతుంది. RS గొళ్ళెం సెట్ చేయడానికి ఈ కంపారిటర్ అవుట్పుట్ ఉపయోగించబడుతుంది. RS గొళ్ళెం రీసెట్ చేయడానికి కౌంటర్ నుండి ఓవర్ఫ్లో సిగ్నల్ ఉపయోగించబడుతుంది. ది RS గొళ్ళెం యొక్క అవుట్పుట్ కావలసిన PWM అవుట్పుట్ ఇస్తుంది. ఈ ఓవర్‌ఫ్లో సిగ్నల్ రిజిస్టర్‌లో కొత్త ఎన్-బిట్ డ్యూటీ సైకిల్‌ను లోడ్ చేయడానికి కూడా ఉపయోగించబడుతుంది. PWM కి స్థిర పౌన frequency పున్యం మరియు వేరియబుల్ వోల్టేజ్ ఉన్నాయి. ఈ వోల్టేజ్ విలువ 0V నుండి 5 V కి మారుతుంది.

వేరియబుల్ డ్యూటీ సైకిల్‌తో PWM సిగ్నల్

ప్రాథమిక PWM సంకేతాలను ఉత్పత్తి చేస్తుంది, ఇది PWM యొక్క అవుట్పుట్ను ఇస్తుంది, రెండు విలువల మధ్య పోల్చిన ఒక పోలిక అవసరం. మొదటి విలువ N బిట్ కౌంటర్ ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన చదరపు సిగ్నల్‌ను సూచిస్తుంది మరియు రెండవ విలువ విధి చక్రం గురించి సమాచారాన్ని కలిగి ఉన్న చదరపు సిగ్నల్‌ను సూచిస్తుంది. ఓవర్ఫ్లో ఉన్నప్పుడల్లా కౌంటర్ లోడ్ సిగ్నల్ ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. లోడ్ సిగ్నల్ సక్రియం అయిన తర్వాత, రిజిస్టర్ కొత్త డ్యూటీ సైకిల్ విలువను లోడ్ చేస్తుంది. గొళ్ళెంను రీసెట్ చేయడానికి లోడ్ సిగ్నల్ ఉపయోగించబడుతుంది. లాచ్ అవుట్పుట్ ఒక PWM సిగ్నల్. విధి చక్రం విలువలో మార్పుతో ఇది మారుతూ ఉంటుంది.

FPGA అంటే ఏమిటి?

FPGA అనేది ఫీల్డ్ ప్రోగ్రామబుల్ గేట్ అర్రే. ఇది ఎలక్ట్రానిక్ సర్క్యూట్లలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడే ఒక రకమైన పరికరం. FPGA లు సెమీకండక్టర్ పరికరాలు ఇది ప్రోగ్రామబుల్ లాజిక్ బ్లాక్స్ మరియు ఇంటర్ కనెక్షన్ సర్క్యూట్లను కలిగి ఉంటుంది. తయారీ తరువాత అవసరమైన కార్యాచరణకు ప్రోగ్రామ్ చేయవచ్చు లేదా పునరుత్పత్తి చేయవచ్చు.

FPGA

FPGA యొక్క ప్రాథమికాలు

ఒక సర్క్యూట్ బోర్డ్ తయారు చేయబడినప్పుడు మరియు దానిలో భాగంగా FPGA ఉంటే. ఉత్పాదక ప్రక్రియలో ఇది ప్రోగ్రామ్ చేయబడింది మరియు తరువాత నవీకరణను సృష్టించడానికి లేదా అవసరమైన మార్పులు చేయడానికి మరింత పునరుత్పత్తి చేయవచ్చు. FPGA యొక్క ఈ లక్షణం ASIC నుండి ప్రత్యేకంగా ఉంటుంది. అప్లికేషన్ స్పెసిఫిక్ ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్స్ (ASIC) అనేది నిర్దిష్ట డిజైన్ పని కోసం తయారు చేయబడినవి. గతంలో FPGA లను తక్కువ వేగం, సంక్లిష్టత మరియు వాల్యూమ్ డిజైన్‌ను అభివృద్ధి చేయడానికి ఉపయోగిస్తారు, కాని నేడు FPGA పనితీరు అవరోధాన్ని 500MHz వరకు సులభంగా నెట్టివేస్తుంది.

మైక్రోకంట్రోలర్లలో, చిప్ కస్టమర్ కోసం రూపొందించబడింది మరియు వారు సాఫ్ట్‌వేర్‌ను వ్రాసి మైక్రోకంట్రోలర్‌లో లోడ్ చేయడానికి హెక్స్ ఫైల్‌కు కంపైల్ చేయాలి. ఈ సాఫ్ట్‌వేర్ ఫ్లాష్ మెమరీలో నిల్వ చేయబడినందున దాన్ని సులభంగా మార్చవచ్చు. FPGA లలో, సాఫ్ట్‌వేర్‌ను అమలు చేయడానికి ప్రాసెసర్ లేదు మరియు మేము సర్క్యూట్‌ను రూపకల్పన చేస్తున్నాము. మేము ఒక FPGA ని AND గేట్ వలె లేదా మల్టీ-కోర్ ప్రాసెసర్ వలె సంక్లిష్టంగా కాన్ఫిగర్ చేయవచ్చు. డిజైన్‌ను రూపొందించడానికి మేము హార్డ్‌వేర్ డిస్క్రిప్షన్ లాంగ్వేజ్ (హెచ్‌డిఎల్) ను వ్రాస్తాము, ఇది వెరిలోగ్ మరియు విహెచ్‌డిఎల్. అప్పుడు FPGA ను కాన్ఫిగర్ చేయడానికి BITGEN ఉపయోగించి HDL ఒక బిట్ ఫైల్‌గా సంశ్లేషణ చేయబడుతుంది. FPGA ఆకృతీకరణను RAM లో నిల్వ చేస్తుంది, అంటే విద్యుత్ కనెక్టివిటీ లేనప్పుడు కాన్ఫిగరేషన్ పోతుంది. అందువల్ల, విద్యుత్తు సరఫరా చేయబడిన ప్రతిసారీ వాటిని కాన్ఫిగర్ చేయాలి.

FPGA యొక్క నిర్మాణం

FPGA లు డిజిటల్ డిజైన్లను అమలు చేయడానికి విద్యుత్తుగా ప్రోగ్రామ్ చేయగల సిలికాన్ చిప్స్. ఆకృతీకరణ బిట్ల ప్రవాహాన్ని ఉపయోగించి తర్కం మరియు ఇంటర్ కనెక్షన్ రెండింటినీ కాన్ఫిగర్ చేయడానికి SRAM అని పిలువబడే మొదటి స్టాటిక్ మెమరీ ఆధారిత FPGA ఉపయోగించబడుతుంది. నేటి ఆధునిక EPGA లో సుమారు 3,30,000 లాజిక్ బ్లాక్‌లు మరియు 1,100 ఇన్‌పుట్‌లు మరియు అవుట్‌పుట్‌లు ఉన్నాయి.

FPGA ఆర్కిటెక్చర్

FPGA యొక్క నిర్మాణం మూడు ప్రధాన భాగాలను కలిగి ఉంటుంది

• ప్రోగ్రామబుల్ లాజిక్ బ్లాక్స్, ఇది లాజిక్ ఫంక్షన్లను అమలు చేస్తుంది
• ప్రోగ్రామబుల్ రూటింగ్ (ఇంటర్‌కనెక్ట్స్), ఇది విధులను అమలు చేస్తుంది
• I / O బ్లాక్స్, ఇవి ఆఫ్-చిప్ కనెక్షన్లను చేయడానికి ఉపయోగిస్తారు

పిడబ్ల్యుఎం సిగ్నల్స్ యొక్క అనువర్తనాలు

నియంత్రణ అనువర్తనాల కోసం పిడబ్ల్యుఎం సిగ్నల్స్ విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్నాయి. DC మోటార్లు, కంట్రోల్ వాల్వ్స్, పంపులు, హైడ్రాలిక్స్ మొదలైన వాటిని నియంత్రించడం వంటివి ఇక్కడ PWM సిగ్నల్స్ యొక్క కొన్ని అనువర్తనాలు.

• 10 నుండి 100 హెర్ట్జ్ లేదా అంతకంటే ఎక్కువ నెమ్మదిగా ఉండే తాపన వ్యవస్థలు.
• DC ఎలక్ట్రిక్ మోటార్లు 5 నుండి 10KHz వరకు
• విద్యుత్ సరఫరా లేదా ఆడియో యాంప్లిఫైయర్లు 20 నుండి 200 KHz.

ఈ వ్యాసం గురించి PWM సంకేతాల తరం FPGA ఉపయోగించి వేరియబుల్ డ్యూటీ సైకిల్‌తో. ఇంకా, ఈ వ్యాసానికి సంబంధించిన ఎలక్ట్రానిక్ ప్రాజెక్టులు లేదా సందేహాలపై ఏదైనా సహాయం కోసం, మీరు క్రింద ఇచ్చిన వ్యాఖ్య విభాగంలో వ్యాఖ్యానించడం ద్వారా మమ్మల్ని సంప్రదించవచ్చు.