零功耗超快速CPLD器件ispMACH4000Z及其應用

關(guān)鍵詞：零功耗 在系統可編程 可編程邏輯器件 ispMACH4000Z

可編程邏輯器件（PLD，Programmable Logic Device）的靈活性一直受到電子工程師的喜愛(ài)，但在各種移動(dòng)式消費類(lèi)電子產(chǎn)品市場(chǎng)仍然是ASIC芯片的天地。有幾個(gè)原因阻礙著(zhù)CPLD器件進(jìn)入移動(dòng)設備市場(chǎng)，尤其是各種基于電池供電的手持設備。一是其高昂的價(jià)格，二是其巨大的功耗，還有一個(gè)因素是CPLD器件的工作頻率。同樣規模的CPLD和ASIC，CPLD的最大工作頻率往往低于專(zhuān)門(mén)設計的ASIC芯片。

基于這種情況美國萊迪思半導體有限公司推出了ispMACH4000Z系列器件。該器件突破了CPLD器件進(jìn)軍移動(dòng)式消費類(lèi)電子產(chǎn)品市場(chǎng)所遇到的價(jià)格和速度門(mén)檻。IspMACH4000Z（In-System Programmable Macro Array CMOS Hight-densigy）系列器件的推出標志著(zhù)萊迪思公司的第三代BFW(SuperBig，SuperFast，SuperWide)器件的面世。該系列器件的最高工作頻率可達400MHz，完全能滿(mǎn)足大部分當代消費類(lèi)電子產(chǎn)品的高速應用場(chǎng)合。

萊迪思公司于2003年3月推出的ispMACH4000Z系列器件采用ispMACH4000器件結構，它將高速度和低功耗結合在一起。該系列器件的待機電流在20～30μA之間，可用于基于電池供電的便攜式電子設備中，同時(shí)其最高工作頻率可達265MHz。

1 ispMACH4000Z器件特征

ispMACH4000Z器件采用先進(jìn)E2COMS 0.18μm工藝制造，其核心工作電壓為1.8V，其主要特征如下：

*具有極低的靜態(tài)功耗，典型靜態(tài)功耗為20μW。

*超快型器件結構，其引腳延時(shí)（tPD）為3.5ns，最大工作頻率為265MHz。

*具有多種溫度范圍可供選擇：

商業(yè)級（0～70℃）、工業(yè)級（-40～85℃）、汽車(chē)級（-40～125℃）。

*設計靈活，具有3種器件密度（32、64和128宏單元）、4個(gè)系統時(shí)鐘，每個(gè)邏輯塊有36個(gè)輸入，每個(gè)輸出可以有多達80個(gè)乘積項（PT，Product Terms），輸出布線(xiàn)池（ORP，Output Route Pool）可為引腳鎖定提供自由；

*具有靈活的控制信號、時(shí)鐘信號和輸出使能信號（OE，Output Enable）。

*引腳和功能與ispMACH4000V/B/C系列器件完全兼容。

*支持LVTTL和LVCOMS的3.3V、2.5V和1.8V標準接口電壓。

*具有可編程漏極開(kāi)路輸出（Opendrain）、擺率控制（Slowslew）、總線(xiàn)保持鎖存（Bus maintenance）、上拉下拉電阻（Pull）和PCI兼容性等功能。

*滿(mǎn)足IEEE1532和1149.1標準。

*具有48腳TQFP封裝、49腳caBGA封裝、100腳和128腳TQFP封裝等多種封裝形式，適合于小型化的便攜設備。

*通過(guò)萊迪公司的ispLEVER軟件可對ispMACH4000Z系列器件提供完全的支持平臺。用戶(hù)可以從公司網(wǎng)站（www.latticesemi.com）下載該軟件。

2 ispMAC4000Z結構

ispMACH4000Z器件由多個(gè)通用邏輯塊（GLB，Generic Logic Block）組成，各個(gè)GLB通過(guò)全局布線(xiàn)池（GRP，Global Route Pool）相聯(lián)，如圖1所示。每個(gè)GLB有16個(gè)宏單元，36個(gè)輸入。16個(gè)宏單元的輸出通過(guò)輸出布線(xiàn)池連以I/O塊，同時(shí)也連到GRP，而且即使是反饋到同一GLB也必須通過(guò)GRP，這樣就使得GLB互相之間的連接是恒定且可預知的延時(shí)。由于每個(gè)I/O可以有不同的供電電壓，因此，該器件可以應用于混合電壓環(huán)境。

在ispMACH4000Z系列中，ispMACH4032ZC器件包含2個(gè)GLB，ispMACH4064ZC包含4個(gè)，而ispMACH4128ZC則包含有8個(gè)。GLB由可編程與陣列、邏輯分配器、16個(gè)宏單元和一個(gè)時(shí)鐘發(fā)生器組成，其結構如圖2所示。

3 ispMACH4000Z器件系列

ispMACH4000Z共有3族器件可供選用。器件名稱(chēng)中的Z代表零功耗，C代表核心電壓為1.8V。ispMACH4000Z器件的封裝與相應的ispMACH4000器件完全兼容。表1所列是ispMACH4000Z系列器件的主要參數。

表1 ispMACH4000Z器件的主要參數

4 ispMACH4000Z器件的應用

ispMACH4000Z器件可以大量應用于許多基于電池供電的手持設備等消費類(lèi)電子產(chǎn)品，如移動(dòng)電話(huà)、遙控設備、尋呼設備、手提式借記卡和信用卡讀卡器、GPS定位裝置、PDA、計算器、收音機、工業(yè)儀器、數字相機、數字攝像機、個(gè)人視聽(tīng)設備（如CD，DVD，迷你音響等）、便攜式醫療設備、汽車(chē)設備以及便攜式條形碼掃描器等領(lǐng)域。

5 結束語(yǔ)

ispMACH4000Z系列器件在具有高速性能的同時(shí)也克服CPLD高功耗的特點(diǎn)，其靜態(tài)功耗和動(dòng)態(tài)功耗已經(jīng)接近傳統ASIC的水平，從而擴展了CPLD的應用領(lǐng)域，能廣泛應用于電池供電的電子產(chǎn)品中。