用CoolRunner-II CPLD設計便攜式手持設備

引言

移動(dòng)電話(huà)、PDA和MP3播放器等便攜式消費電子產(chǎn)品的產(chǎn)量通常都非常大。因此，產(chǎn)品設計工程師首先會(huì )選擇采用AsIc或ASSP以小巧的便攜式封裝來(lái)容納極強的功能。

這種解決方案不僅能滿(mǎn)足功能密集的要求，其功耗往往也令人滿(mǎn)意。但是，在消費類(lèi)電子產(chǎn)品領(lǐng)域變化極為迅速的背景下，各廠(chǎng)商均致力于針對不斷變化的技術(shù)和市場(chǎng)推出與眾不同的解決方案，因此，時(shí)間超前的功能不出數月就會(huì )過(guò)時(shí)。

殘酷一詞常常用來(lái)描述競爭的激烈程度。錯誤既不可容忍又代價(jià)高昂，然而，ASSP的選擇或ASIC的設計幾乎不可能每次都正確。所以，對于廠(chǎng)商來(lái)說(shuō)，緩解這種局勢對于保持市場(chǎng)份額至關(guān)重要。

如今的設計工程師已不僅僅著(zhù)眼于一成不變的ASIC和ASSP架構，而更看重可編程邏輯所固有的設計靈活性和可盡快上市的優(yōu)越性。Xilinx公司的CoolRunner-IICPLD具有低成本和低功耗優(yōu)勢，為便攜式設備設計工程師提供了富有生命力的、可以取代標準單元技術(shù)的解決方案。

2001年以來(lái)，CoolRunner-IICPLD系列產(chǎn)品為設計工程師提供的價(jià)位低到足以與分立邏輯器件的價(jià)位媲美，使設計工程師能夠在單個(gè)封裝中輕松地實(shí)現大量邏輯功能。本文將講述如何使用CoolRunner-II CPLD實(shí)現低成本和低功耗的簡(jiǎn)單可編程邏輯，以突破當今ASIC／ASSP便攜式手持設備解決方案的限制。鑒于大多數手持設備都是基于OMAP、Xscale或i.MX的設計，本文將講述若干具體問(wèn)題的解決方法。

電平轉換

在兩種不同電壓標準的芯片之間提供接口連接是個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題。任何類(lèi)型的存儲器都不能符合所有的電壓標準，但微處理器可適應于多種電壓。匹配各類(lèi)標準很簡(jiǎn)單，使用電平轉換器即可；但電平轉換器價(jià)格昂貴，并且占用面積過(guò)大。使用CPLD是較好的解決方案，可顯著(zhù)提高靈活性。所有的CoolRunner-II CPLD都能在兩種電壓之間進(jìn)行轉換，而有些可以轉換多達四種電壓。

CoolRunner-II CPLD的I／O組可輕而易舉地在單芯片中的1.5V～3.6V范圍內轉換電壓，如圖1所示。但這是完全不考慮器件可編程性時(shí)的情形。電平轉換功能只是整個(gè)封裝的一部分，也就是說(shuō)用戶(hù)同時(shí)還能獲得一批邏輯、觸發(fā)器、降功耗資源和I／O緩沖器，而這些往往比電平轉換器芯片的價(jià)格低。

引腳擴展

一般來(lái)說(shuō)，ASIC引腳越多，則其成本越高。如果邏輯所要求的容量不大，而I／O方面有大容量的要求，那么工程師可能就要為滿(mǎn)足引腳的需求而去買(mǎi)用不著(zhù)的邏輯。解決這個(gè)問(wèn)題的一種方法是增加一個(gè)CoolRunner-II CPLD，將其用作引腳擴展器，如圖2所示。

基本思路是找出通常以低速運行的GPIO引腳。然后，并不是為其分配ASIC引腳，而是將CoolRunner-II CPLD引腳賦予低速傳輸的GPIO信號，串行化這些信號，并且通過(guò)較少網(wǎng)絡(luò )引腳將這些信號導入ASIC。串行化／反串行化通過(guò)簡(jiǎn)單而有效的移位來(lái)完成，可大大減少高成本ASIC上的引腳。

另一種觀(guān)點(diǎn)認為，OMAP、Xscale和i.MX處理器具有特定的引腳組合，用來(lái)支持供貨商認為適宜的應用。CoolRunner-II CPLD引腳擴展允許工程師自行創(chuàng )建具有不同電壓組合和附加功能(脈沖、PWM、獨立三態(tài)控制)的GPIO引腳。

引腳再分配

CPLD提供了當PCB布局出現錯誤時(shí)重新布置引腳的能力。這一特性非常關(guān)鍵，它使得工程師能保持進(jìn)度，并滿(mǎn)足財務(wù)和功率預算的要求。設計工程師無(wú)需重新設計電路板即可糾正其錯誤連接，因此可以將產(chǎn)品進(jìn)度縮短數周到數月之多。

CoolRunner-II CPLD由功能強大的邏輯模塊構建而成，其中的可編程邏輯數組可以任意重新分配引腳邏輯。這些器件可通過(guò)多次修改來(lái)保留引腳布局，同時(shí)能夠根據需要來(lái)針對不同引腳重新分配設計。CoolRunner-II系列的數據手冊提供了架構說(shuō)明，并給出了應用指南索引，這些應用指南的詳細內容會(huì )幫助工程師理解PLA的價(jià)值。