FPGA DAN VHDL TEORI, ANTARMUKA DAN APLIKASI Chapter 19 Antarmuka Pada FPGA Xilinx Spartan-3E Ferry Wahyu Wibowo © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

Outlines Pendahuluan Analog Capture Circuit Programmable Pre-Amplifier Analog-to-Digital Converter (ADC) Pemrosesan Sinyal Digital Digital-to-Analog Converter (DAC) © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

Sistem Perancangan Antarmuka Menggunakan FPGA Pendahuluan Sistem Perancangan Antarmuka Menggunakan FPGA © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

Analog Capture Circuit Mencuplik sinyal analog dan mengubahnya menjadi sinyal digital kemudian diproses sistem komputasinya oleh FPGA DAC digunakan sebagai keluaran hasil komputasinya yang berupa sinyal analog © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

Analog Capture Circuit Analog capture circuit pada FPGA Spartan-3E Starter Kit terdiri dari programmable scaling pre-amplifier dan ADC © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

Analog Capture Circuit Analog capture circuit terdiri dari Linear Technology LTC6912-1 pre-amplifier yang dapat diprogram dengan menskala sinyal analog pada header J7 Keluaran pre-amplifier terhubung ke Linear Technology LTC1407A-1 ADC Pre-amplifier dan ADC diprogram secara serial atau dikendalikan oleh FPGA. © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

Analog Capture Circuit Mengubah tegangan analog pada VINA atau VINB dan mengubahnya menjadi representasi digital 14-bit, D[13:0] © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

Analog Capture Circuit Gain merupakan pengaturan bati yang diisikan ke programmable pre-amplifier © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

Analog Capture Circuit Tegangan referensi untuk amplifier dan ADC adalah 1,65V yang dibangkitkan melalui tegangan pembagi Jangkah maksimum ADC adalah +1,25V dari tegangan referensi 1,65V Keluaran ADC merupakan 14-bit keluaran digital dua komplemen, sehingga nilainya diskala oleh 8192 atau 213. © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

Analog Capture Circuit © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

Analog Capture Circuit Nilai digital merupakan representasi signed 14- bit dua komplemen dari jangkah masukan -1,25v sampai +1,25v Jika ingin menghubungkan sinyal alternating current (AC) ke pin masukan VINA atau VINB pada FPGA Spartan-3E harus melalui kapasitor untuk menyaring sinyal direct current (DC), sehingga hanya sinyal AC saja yang akan dilewatkan © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

Analog Capture Circuit © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

Analog Capture Circuit Top level dari amplifier dan ADC © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

Programmable Pre-Amplifier LTC6912-1 mempunyai dua inverting amplifier dengan gain yang dapat diprogram Tujuan amplifier adalah untuk menskala tegangan pada VINA dan arus pada VINB © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

Programmable Pre-Amplifier © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

Programmable Pre-Amplifier Pengaturan gain untuk pre-amplifier © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

Programmable Pre-Amplifier Komunikasi berbasis SPI antarmuka dengan amplifier Keluaran AMP_DOUT dari amplifier berulang- ulang mengatur gain sebelumnya, dalam beberapa aplikasi dapat diabaikan Antarmuka amplifier relatif lamban dan hanya mendukung sekitar 10 MHz frekuensi clock © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

Programmable Pre-Amplifier © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

Programmable Pre-Amplifier AMP_DOUT selalu aktif sehingga tidak dapat membagi sinyal SDO yang sama sebagaimana piranti lainnya FPGA perlu mentransmisikan masing-masing byte MSB yang pertama VHDL untuk memilih gain slave LTC 2624-1 constant gain : std_logic_vector(7 downto 0) := "00010001"; © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

Programmable Pre-Amplifier Deskripsi rangkaian untuk mengendalikan Amplifier ini menggunakan bahasa VHDL dengan metode Finite State Machine (FSM) Moore © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

Programmable Pre-Amplifier Deskripsi rangkaian untuk mengendalikan Amplifier ini menggunakan bahasa VHDL dengan metode Finite State Machine (FSM) Moore © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

Analog-to-Digital Converter Analog Digital Converter (ADC) yang digunakan adalah LTC 1407A-1 yang mempunyai dua masukan sinyal, masukan keduanya berupa sinyal analog yang di-sampling secara simultan ketika sinyal ad_conv diaplikasikan ADC ini men-sampling data analog menggunakan serial peripheral interface (SPI). © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

Analog-to-Digital Converter © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

Analog-to-Digital Converter © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

Analog-to-Digital Converter © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

Pemrosesan Sinyal Digital Proses sinyal digital yang dihasilkan dari ADC untuk menghasilkan pengukuran daya listrik bernilai digital dan hasilnya diteruskan ke DAC menggunakan FPGA Spartan-3E © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

Pemrosesan Sinyal Digital © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

Digital-to-Analog Converter Spartan 3E starter kit mempunyai piranti kompatibel dengan SPI, empat channel, Digital- to-Analog Converter (DAC) serial Piranti DAC yang digunakan adalah Linear Technology LTC2624 quad DAC dengan resolusi unsigned 12-bit Empat keluaran dari DAC diperlihatkan pada J5 header yang menggunakan format Digilent 6-pin peripheral module. © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

Digital-to-Analog Converter © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

Digital-to-Analog Converter © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

Digital-to-Analog Converter © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

Digital-to-Analog Converter © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

Digital-to-Analog Converter © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

Digital-to-Analog Converter Channel A dan B menggunakan tegangan referensi 3,3V sedangkan channel C dan D menggunakan referensi 2,5V. Tegangan referensi itu sendiri mempunyai toleransi +5%, sehingga akan ada kaitan variansi pada tegangan keluaran © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

Digital-to-Analog Converter Tegangan referensi terkait dengan keluaran DAC A dan B sekitar 3,3V+5% Tegangan referensi terkait dengan keluaran DAC C dan D sekitar 2,5V+5% © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

Digital-to-Analog Converter Pengendali DAC © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved

TERIMA KASIH © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved © Copyright 2014 oleh Ferry Wahyu Wibowo, Deepublish. All Rights Reserved