Composants analogiques programmables : FPAA

Depuis les années 1990, des composants analogiques programmables (FPAA pour « field programmable analog array »), équivalents analogiques des FPGA, sont apparus sur le marché. Basés sur le concept des FPGA (on sous-entend par FPGA le terme générique représentant les FPGA eux-mêmes, mais aussi les CPLD, PAL ou PLA), ces circuits intègrent des cellules analogiques configurables (leurs fonctions de transfert ainsi que leurs caractéristiques sont configurables) et un réseau de connexions configurable ; les données de configuration sont enregistrées dans une mémoire numérique (de type RAM ou EEPROM) et la programmation du circuit se fait, par exemple, grâce à une liaison série.

Depuis l’introduction des premiers PAL, les circuits programmables numériques se sont très largement développés, et les FPGA les plus récents intègrent plusieurs millions de portes logiques ; l’utilisation de ces composants est devenue très fréquente aujourd’hui et apporte aux concepteurs d’applications électroniques une solution particulièrement performante au niveau économique pour des applications à faible volume de production.

Les nouveaux composants analogiques programmables ont donc comme intérêt potentiel d’apporter pour les applications analogiques les mêmes bénéfices que les FPGA pour les applications numériques. Aujourd’hui, plusieurs références de composants sont disponibles sur le marché ; ces circuits visent tous le conditionnement des signaux analogiques avant conversion et traitement numérique, c’est-à-dire qu’ils réalisent essentiellement des fonctions analogiques telles que amplification/atténuation et filtrage. Ces circuits utilisent également tous l’amplificateur opérationnel comme élément de base et travaillent soit en temps continu (pas d’échantillonnage du signal), soit en temps discret (échantillonnage du signal).

Cet article vise à expliciter les avantages que l’on peut attendre des FPAA (mais aussi leurs limitations), et à dresser un état de l’art du domaine de l’analogique programmable. Tout d’abord, nous reviendrons sur les avantages qu’apportent les FPGA par rapport à des solutions à base de circuits standards ou de type ASIC ; puis nous présenterons les deux principales problématiques de la conception analogique, à savoir d’une part la diversité des architectures des circuits analogiques et l’impossibilité de les réaliser à partir des mêmes primitives de base (contrairement au numérique où toute fonction peut être réalisée à partir de portes et de bascules), et d’autre part un manque d’outils performants de conception qui permettraient d’accélérer et de fiabiliser la phase de développement. Dans un deuxième article , nous nous intéresserons aux différents circuits disponibles sur le marché, tant au niveau de leurs architectures que de leurs performances et de leurs applications.

Un tableau des sigles et abréviations peut être consulté à la fin de l’article.