可編程器件在智能手持電子設備中的應用
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從傳統意義上說(shuō)，由于掌控及手持式電子產(chǎn)品對于低待機功率和低成本有很高的要求，因而限制了PLD器件在這些產(chǎn)品中的應用。萊迪思半導體公司的1.8伏ispMACH4000ZCPLD系列的產(chǎn)品問(wèn)世，標志著(zhù)業(yè)界最低靜態(tài)功耗CPLD的產(chǎn)生。ispMACH4000Z系列有4個(gè)成員，宏單元數為32、64、128和256。ispMACH4000Z器件的靜態(tài)電流功耗極低，靜態(tài)電流為10微安，恰好滿(mǎn)足了低功耗電子產(chǎn)品的需要。器件的工作電壓范圍為1.6V到1.9V。ispMACH4000Z器件不僅具備業(yè)界最低的靜態(tài)功率，其成本也很低廉，非常適合被廣泛應用在掌控、手持、和其它電子消費產(chǎn)品中。極大地拓展了可編程邏輯在這些市場(chǎng)上的應用。
IspMACH4000Z在智能手持電子設備中的應用
我們把個(gè)人數字助理（PDA）、智能電話(huà)和便攜式媒體播放器稱(chēng)為智能手持電子設備。圖1為組成智能手持電子設備主要功能的方框圖。盡管許多功能是用ASSP來(lái)實(shí)現的，但有一些共同的功能可以用CPLD來(lái)實(shí)現，諸如袖珍鍵盤(pán)控制器、存儲器地址譯碼器、電源管理、安全保護和接口邏輯。圖1中的灰色方框圖表示該功能可用CPLD來(lái)實(shí)現。下面對CPLD在智能手持電子設備中三種主要功能，電源管理、產(chǎn)品的安全保護和實(shí)現接口功能進(jìn)行敘述。
圖1 智能手持電子設備主要功能方框圖
（1）電源管理
延長(cháng)智能手持電子設備中的電池壽命是主要的設計要求。這可以采用幾種方法來(lái)解決。因為電源的功耗與電流或者電壓成比例，設計者必須盡可能地降低電流或者電壓。電子系統中某些主要器件要用較高的3.3V電壓。CPLD具有I/O電壓轉換的功能，因此可以用CPLD把3.3V器件轉換到1.8V的ASSP。
另外一種降低功耗的辦法是采用動(dòng)態(tài)電源管理。當這些器件無(wú)需工作時(shí)，關(guān)閉這些器件的電源。用CPLD產(chǎn)生片選信號，關(guān)閉ASSP和系統中其它的器件，例如大量消耗電源的LCD。采用CPLD實(shí)現一些算法會(huì )比用微處理器消耗較少的功率。例如用CPLD實(shí)現袖珍鍵盤(pán)掃描功能，而不是用微處理機。
選擇低功耗的器件也是致關(guān)重要的。ispMACH4000Z的待機電流僅10微安，工作電壓1.8V。CPLD具有非易失和瞬時(shí)上電特性，因此廣泛地用于系統引導功能，諸如電源上電定序和DSP/ASSP/ASIC配置。多電壓系統上電定序要求器件瞬時(shí)上電，以便準備管理系統中器件的上電時(shí)序。DSP、ASSP和ASIC要求初始化和配置。CPLD用來(lái)控制非易失存儲器，例如閃存在自舉期間以配置這些器件。
（2）產(chǎn)品的安全保護
CPLD可以用來(lái)保護產(chǎn)品的知識產(chǎn)權，以防非法的復制。例如需要加密的視頻和音頻算法。用CPLD實(shí)現這些功能可以有效地對知識產(chǎn)權進(jìn)行保護，因為ispMACH4000Z有保密位，一旦保密位設置后，器件中的內容便無(wú)法讀出。
（3）接口邏輯
如前所述，CPLD經(jīng)常用來(lái)把ASSP，其它器件與處理機總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )接口，有效地橋接一個(gè)器件的信號到另外一個(gè)器件。CPLD為微處理機建立了總線(xiàn)接口、中斷和控制邏輯功能，允許它們與外圍設備進(jìn)行通信。
可編程器件的特點(diǎn)是易于產(chǎn)品的升級和修改。有些功能可以用硬件而不是軟件來(lái)實(shí)現。例如，CPLD能實(shí)現ASSP與LCD顯示間的邏輯電平轉變，以便跟隨隨新一代LCD的邏輯電平。通常，新一代LCD顯示器與老一代LCD有著(zhù)不同的I/O邏輯電平。因此，如果沒(méi)有邏輯電平轉換的功能，就不能實(shí)現ASSP或者ASIC與新的LCD之間的接口。
使用可編程器件能夠對產(chǎn)品升級以支持更新的用于壓縮音頻或者視頻的標準。這充分體現了CPLD的靈活性。對于實(shí)現計算或者決策功能來(lái)說(shuō)，CPLD還用于復雜的控制邏輯，諸如袖珍鍵盤(pán)或者觸摸式鍵盤(pán)控制器。
對智能手持電子產(chǎn)品的另外一個(gè)挑戰是緊湊的電路板。這就要求所使用的電子器件必須有很小的體積。ispMACH4000Z有很小的BGA封裝，例如56球型封裝的csBGA的尺寸僅為6x6毫米，如圖2 所示。
圖 2 器件的封裝尺寸
器件的基本結構
ispMACH4000器件由多個(gè)GLB所組成，每個(gè)GLB有36個(gè)輸入，16個(gè)宏單元。GLB的互聯(lián)是通過(guò)全局布線(xiàn)池(GRP)。輸出布線(xiàn)池（ORP）把GLB連接到I/O塊。I/O塊中含有多個(gè)I/O單元。其結構如圖3所示。器件中的I/O分成兩個(gè)區，每個(gè)區有不同的供電電壓。支持多種標準，使得設計者能在混合電壓環(huán)境中實(shí)現設計。
在ispMACH4032中有兩個(gè)GLB，每個(gè)GLB有36個(gè)輸入。所有GLB的輸入來(lái)自于全局布線(xiàn)池，所有的GLB輸出又返回全局布線(xiàn)池，以便連接到其它GLB的輸入。若有反饋信號回到相同的GLB，也必須經(jīng)過(guò)全局布線(xiàn)池。這就保證了GLB互相之間的通信有著(zhù)恒定的可預知的時(shí)延。GLB的輸出送至輸出布線(xiàn)池，然后把它們送到相關(guān)I/O塊中的I/O單元。
圖3 器件中的功能塊
GLB由可編程與陣列，邏輯分配器，16個(gè)宏單元和一個(gè)GLB時(shí)鐘發(fā)生器組成?？删幊膛c陣列有36個(gè)輸入，83個(gè)輸出乘積項。來(lái)自全局布線(xiàn)池的36個(gè)輸入用來(lái)在與陣列中構成72根線(xiàn)。每根線(xiàn)都可通過(guò)線(xiàn)與連至83個(gè)輸出乘積項中的任意一個(gè)。80個(gè)邏輯乘積項的每一個(gè)都饋入邏輯分配器，余下的三個(gè)控制乘積項饋入共享PT時(shí)鐘和共享PTOE。在送入宏單元之前，共享PT時(shí)鐘和共享PTOE初始信號可以選擇反向。每5個(gè)乘積項組成一個(gè)乘積項群(producttermcluster)。第一個(gè)乘積項群為PT0。GLB中的每個(gè)宏單元都有一個(gè)乘積項群。圖4為通用邏輯塊GLB的結構。
圖4 通用邏輯塊GLB
ispMACH4000器件有兩個(gè)I/O區，每個(gè)區都有各自的I/O電壓。輸入可以支持獨立于芯片電源電壓或區域電壓的各種電壓。支持多種標準電壓會(huì )給設計者帶來(lái)設計靈活性，以適應當今多種電壓環(huán)境的設計需要。
結語(yǔ)
個(gè)人數字助理（PDA）、智能電話(huà)和便攜式媒體播放器市場(chǎng)需求正在迅速增長(cháng)。目前有幾個(gè)無(wú)線(xiàn)標準，PAN標準、媒體標準以及存儲器選擇。也許不久要求支持多個(gè)標準。設計者將面對ASSP與每個(gè)標準接口的任務(wù)?？删幊唐骷苁乖O計者容易地完成這些任務(wù)。ispMACH4000Z的超低功耗、高性能、以及低成本的特點(diǎn)廣泛適用于包括手機及其外設、傳呼設備、GPS定位設備、個(gè)人數字助理、數碼相機、數碼攝像機、個(gè)人音頻設備、便攜式醫療儀器、車(chē)用遠程信息處理系統和無(wú)線(xiàn)電、以及工業(yè)儀器等。
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