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\IEEEpeerreviewmaketitle
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\section{Introducción}
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\section{Introducción}
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Las áreas académicas vinculadas a la electrónica y la computación se encuentran en constante demanda de recursos educativos de hardware y software en virtud de potenciar los conocimientos de los estudiantes. En el caso de las tecnologías con poca difusión o implementación en la industria regional, la principal opción es la importación de plataformas educativas adquiridas a empresas destinadas a la manufacturación de sistemas embebidos. Estas plataformas comerciales se clasifican según su implementación por lo que no siempre cubren los requerimientos académicos. Por ejemplo, en el área de las técnicas digitales, los requerimientos de hardware para las cátedras iniciales difieren de las cátedras avanzadas. Esta situación presenta la oportunidad de desarrollar una plataforma a la medida de las necesidades de las instituciones académicas. Si se dispone de las especificaciones por parte de los docentes y la articulación de laboratorios y grupos de investigación, es posible obtener un desarrollo que cubra las expectativas y aliente a la producción regional de plataformas educativas en un marco de transferencia de tecnología.
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Las áreas académicas vinculadas a la electrónica y la computación se encuentran en constante demanda de recursos educativos de hardware y software en virtud de potenciar los conocimientos de los estudiantes. En el caso de las tecnologías con poca difusión o implementación en la industria regional, la principal opción es la importación de plataformas educativas adquiridas de empresas destinadas a la manufacturación de sistemas embebidos. Estas plataformas comerciales se clasifican según su implementación por lo que no siempre cubren los requerimientos académicos. Por ejemplo, en el área de las técnicas digitales, los requerimientos de hardware para las cátedras iniciales difieren de las cátedras avanzadas. Esta situación presenta la oportunidad de desarrollar una plataforma a la medida de las necesidades de las instituciones académicas. Si se dispone de las especificaciones por parte de los docentes y la articulación de laboratorios y grupos de investigación, es posible obtener un desarrollo que cubra las expectativas y aliente a la producción regional de plataformas educativas en un marco de transferencia de tecnología.
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En el proceso de aprendizaje de las Técnicas Digitales necesariamente se deben implementar los diseños digitales. Desde el Álgebra de Boole, con operaciones digitales simples, hasta la implementación de un microprocesador son prácticas comunes de los sistemas digitales lógicos y resulta fundamental su ejercitación para concluir el ciclo de enseñanza.
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En el proceso de aprendizaje de las Técnicas Digitales necesariamente se deben implementar los diseños digitales. Desde el Álgebra de Boole, con operaciones digitales simples, hasta la implementación de un microprocesador son prácticas comunes de los sistemas digitales lógicos y resulta fundamental su ejercitación para concluir el ciclo de enseñanza.
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Al comienzo de la década de los 90s surgieron varios trabajos donde se planteaba la necesidad de una plataforma educativa orientada a la implementación de diseños lógicos digitales basados en PLDs. Los principales demandantes eran diseñadores de arquitecturas de microprocesadores \cite{ASArev.1}, desarrollos que años anteriores resultaban dificultosos por el costo de la implementación en hardware. El avance en el proceso de integración de los circuitos integrados ha llevado a que se desarrollen plataformas más complejas que ofrecen una gran cantidad de recursos de hardware. Al día de hoy se han generado varios proyectos desarrollados por instituciones académicas \cite{FPGA-platform-CPU-design}\cite{Low-Cost-Interactive-Rapid-Prototyping}\cite{FPGA-Based-Experiment-Platform-for-Multi-Core-System}, otras con especificaciones abiertas \cite{Building-an-Evolvable-Low-Cost-HWSW-Platform}\cite{NetFPGA} y también con fines comerciales \cite{Port-Emb-Linux-XUP-Virtex-II.Dev-Board}. Todos estos trabajos tienen algunas características en común\footnote{La caracterización anterior no es un intento de generalizar a todas las plataformas educativas basadas en PLDs, pero sí resulta útil para definir el perfil de la plataforma que se describe en este trabajo.}:
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Al comienzo de la década de los 90s surgieron varios trabajos donde se planteaba la necesidad de una plataforma educativa orientada a la implementación de diseños lógicos digitales basados en PLDs. Los principales demandantes eran diseñadores de arquitecturas de microprocesadores \cite{ASArev.1}, desarrollos que años anteriores resultaban dificultosos por el costo de la implementación en hardware. El avance en el proceso de integración de los circuitos integrados ha llevado a que se desarrollen plataformas más complejas que ofrecen una gran cantidad de recursos de hardware. Al día de hoy se han generado varios proyectos desarrollados por instituciones académicas \cite{FPGA-platform-CPU-design}\cite{Low-Cost-Interactive-Rapid-Prototyping}\cite{FPGA-Based-Experiment-Platform-for-Multi-Core-System}, otras con especificaciones abiertas \cite{Building-an-Evolvable-Low-Cost-HWSW-Platform}\cite{NetFPGA} y también con fines comerciales \cite{Port-Emb-Linux-XUP-Virtex-II.Dev-Board}. Todos estos trabajos tienen algunas características en común\footnote{La caracterización anterior no es un intento de generalizar a todas las plataformas educativas basadas en PLDs, pero sí resulta útil para definir el perfil de la plataforma que se describe en este trabajo.}:
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XC3S1400A & 1400K & 576K & 32 & 502 \\
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XC3S1400A & 1400K & 576K & 32 & 502 \\
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\end{table}
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El dispositivo seleccionado, como se puede ver en la Tabla \ref{tab:char-fpga}, es el XC3S200A. Éste cuenta con una gran densidad de recursos de hardware (200K compuertas lógicas) a la vez que se puede encontrar en un encapsulado de pequeñas dimensiones (VQ100) que facilita el diseño del PCB (Printed Board Circuit). En este encapsulado se puede contar con 68 puertos de entrada/salida (I/O) para ser utilizados externamente a diferentes tecnologías programables (LVTTL, LVCMOS33/25/18, entre otros). El perfil del diseño de la PHR no requiere de una gran cantidad de puertos de I/O debido a las aplicaciones para las que se lo diseña.
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El dispositivo seleccionado, como se puede ver en la Tabla \ref{tab:char-fpga}, es el XC3S200A. Éste cuenta con una gran densidad de recursos de hardware (200K compuertas lógicas) a la vez que se puede encontrar en un encapsulado de pequeñas dimensiones (VQ100) que facilita el diseño del PCB (Printed Circuit Board). En este encapsulado se puede contar con 68 puertos de entrada/salida (I/O) para ser utilizados externamente a diferentes tecnologías programables (LVTTL, LVCMOS33/25/18, entre otros). El perfil del diseño de la PHR no requiere de una gran cantidad de puertos de I/O debido a las aplicaciones para las que se lo diseña.
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\subsection{Memoria de configuración}
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\subsection{Memoria de configuración}
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\label{sec:mem-prog}
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\label{sec:mem-prog}
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La tecnología utilizada en las FPGAs Spartan-3A requieren de una memoria externa que configure al dispositivo ya que es volátil. Esta familia permite la utilización de varios tipos de memorias como modos de configuración para embeber el diseño digital en la FPGA. Xilinx comercializa memorias Flash PROM para todas sus familias de FPGA. Hay una relación directa entre la capacidad lógica de una FPGA con el tamaño de la memoria de configuración, en la Tabla \ref{tab:mem-fpga} se puede apreciar esta relación para el caso de la familia Spartan-3A.
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La tecnología utilizada en las FPGAs Spartan-3A requieren de una memoria externa que configure al dispositivo ya que es volátil. Esta familia permite la utilización de varios tipos de memorias como modos de configuración para embeber el diseño digital en la FPGA. Xilinx comercializa memorias Flash PROM para todas sus familias de FPGA. Hay una relación directa entre la capacidad lógica de una FPGA con el tamaño de la memoria de configuración, en la Tabla \ref{tab:mem-fpga} se puede apreciar esta relación para el caso de la familia Spartan-3A.
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\item Inicio monotónico de la rampa de tensión
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\item Inicio monotónico de la rampa de tensión
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\item Arranque suave
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\item Arranque suave
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\item Encapsulado y diseño del PCB
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\item Encapsulado y diseño del PCB
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\end{itemize}
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El TPS75003, fabricado por Texas Instruments, es un dispositivo que integra tres reguladores de tensión en una sola pastilla. Este integrado fue diseñado para aplicaciones donde se deben alimentar a FPGAs y DSPs. En especial, el TPS75003 fue testeado con las familias Spartan-3 de Xilinx proporcionando las tensiones necesarias para estas FPGAs. Esta compuesto por dos contradores Buck que logran una gran eficiencia y un regulador lineal LDO (Low-Dropout).
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El TPS75003, fabricado por Texas Instruments, es un dispositivo que integra tres reguladores de tensión en una sola pastilla. Este integrado fue diseñado para aplicaciones donde se deben alimentar a FPGAs y DSPs. En especial, el TPS75003 fue testeado con las familias Spartan-3 de Xilinx proporcionando las tensiones necesarias para estas FPGAs. Esta compuesto por dos controladores Buck que logran una gran eficiencia y un regulador lineal LDO (Low-Dropout).
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El Laboratorio de Desarrollo Electrónico con Software Libre, perteneciente al Instituto Nacional de Tecnología Industrial (INTI), ha realizado la implementación de un módulo de alimentación para placas con dispositivos FPGA \cite{s3power-paper}. En este desarrollo se utiliza el TPS75003 como dispositivo central y fue probado con una FPGA de la familia Spartan-3E. El diseño se encuentra disponible bajo una licencia de libre uso y modificación. Esta última aclaración no resulta un dato menor, pues la plataforma PHR persigue el mismo fin que el desarrollo realizado por el INTI. La idea de compartir y transferir desarrollos a la comunidad. Para la plataforma PHR se utiliza el módulo desarrollado por el INTI.
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El Laboratorio de Desarrollo Electrónico con Software Libre, perteneciente al Instituto Nacional de Tecnología Industrial (INTI), ha realizado la implementación de un módulo de alimentación para placas con dispositivos FPGA \cite{s3power-paper}. En este desarrollo se utiliza el TPS75003 como dispositivo central y fue probado con una FPGA de la familia Spartan-3E. El diseño se encuentra disponible bajo una licencia de libre uso y modificación. Esta última aclaración no resulta un dato menor, pues la plataforma PHR persigue el mismo fin que el desarrollo realizado por el INTI. La idea de compartir y transferir desarrollos a la comunidad. Para la plataforma PHR se utiliza el módulo desarrollado por el INTI.
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\section{Placa PHR}
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\section{Placa PHR}
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\label{sec:placa-phr}
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\label{sec:placa-phr}
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