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Elektronik – FAQ
Eine Gemeinschaftsproduktion der Gruppe ELEKTRONIK im MausNet
FPGA
FPGA´s werden beispielsweise bei Kleinserien bei denen Mengen bis zu
einigen Hundert Stück produziert werden, eingesetzt. Hierzu zählen auch
Entwicklungen, deren Funktion zu Beginn noch nicht vollständig festgelegt
ist oder die endgültigen Anforderungen noch nicht vorhanden sind. Hier ist
es zwingend notwendig, die Entwicklung flexibel, also leicht veränderbar,
durchzuführen. Aber wie!?
Der Griff in die "Mottenkiste der Elektronik" - einzelne Widerstände,
Kondensatoren und Transistoren oder Schaltkreise mit niedriger
Integrationsdichte - würde den heutigen Anforderungen an Größe,
Geschwindigkeit, Robustheit etc. in keiner Weise gerecht. Nur die
Forderung nach "hoher Flexibilität" wäre erfüllt.
Aus diesem Umfeld ergab sich konsequenterweise die Entwicklung von
FPGAs (Field Programmable Gate Arrays), was man frei mit "in der
Anwendung (im Feld) programmierbare Schaltungsansammlungen"
übersetzen kann.
Die Basisidee hierbei ist, möglichst viele einfache und universell
verwendbare elektronische Baugruppen in einem "Chip" zunächst isoliert
anzubieten. Dies ist quasi ein "Vorratslager" mit vielen gleichartigen
elektronischen Baugruppen. Um nun eine gewünschte Funktionalität zu
erreichen, müssen diese Baugruppen untereinander geeignet "verdrahtet"
werden. Bei Elementen, die man aus einem normalen Lager entnimmt,
geschieht dies mit Drähten und Lötkolben und einer Platine. Um das
gleiche Ziel in einem Chip-Materialllager erreichen zu können, wird über
der matrixförmigen Anordnung der einzelnen Baugruppen eine komplexe
Gitterstruktur von zunächst ebenfalls isolierten Leiterbahnen angeordnet.
An Kreuzungspunkten und bei den Ein-/Ausgabe-Punkten der Baugruppen
werden elektronische Schalter eingebaut. Die "Verdrahtung" wird dann
durch das Schließen einiger dieser Schalter erreicht. Dieser Vorgang wird
als Programmierung des FPGA bezeichnet.
Was bedeutet dies für die Elektonikentwicklung?
Unter der Voraussetzung, daß ein Chip über ausreichend viele
Einzelbaugruppen verfügt, reduziert sich die Entwicklung der physischen
Gesamtschaltung im wesentlichen darauf, diesen Baustein einzusetzen
und seine Anschlüsse mit den Eingängen und Ausgängen der
Gesamtschaltung zu verbinden. Freilich würde diese Schaltung die
Aufgabe noch nicht erfüllen, da die interne Verschaltung noch nicht erfolgt
ist. Der Entwickler muß nun die nötigen Verbindungen ermitteln.
Kapitel Die verschiedenen programmierbaren Logikbausteine, Seite 5
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