零功耗超快速CPLD器件ispMACH4000Z及其應(yīng)用
關(guān)鍵詞:零功耗 在系統(tǒng)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,但在各種移動式消費類電子產(chǎn)品市場仍然是ASIC芯片的天地。有幾個原因阻礙著CPLD器件進入移動設(shè)備市場,尤其是各種基于電池供電的手持設(shè)備。一是其高昂的價格,二是其巨大的功耗,還有一個因素是CPLD器件的工作頻率。同樣規(guī)模的CPLD和ASIC,CPLD的最大工作頻率往往低于專門設(shè)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器件進軍移動式消費類電子產(chǎn)品市場所遇到的價格和速度門檻。IspMACH4000Z(In-System Programmable Macro Array CMOS Hight-densigy)系列器件的推出標志著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,完全能滿足大部分當代消費類電子產(chǎn)品的高速應(yīng)用場合。
萊迪思公司于2003年3月推出的ispMACH4000Z系列器件采用ispMACH4000器件結(jié)構(gòu),它將高速度和低功耗結(jié)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(shè)備中,同時其最高工作頻率可達265MHz。
1 ispMACH4000Z器件特征
ispMACH4000Z器件采用先進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(jié)構(gòu),其引腳延時(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℃)、汽車級(-40~125℃)。
*設(shè)計靈活,具有3種器件密度(32、64和128宏單元)、4個系統(tǒng)時鐘,每個邏輯塊有36個輸入,每個輸出可以有多達80個乘積項(PT,Product Terms),輸出布線池(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。
*具有可編程漏極開路輸出(Opendrain)、擺率控制(Slowslew)、總線保持鎖存(Bus maintenance)、上拉下拉電阻(Pull)和PCI兼容性等功能。
*滿足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(shè)備。
*通過萊迪公司的ispLEVER軟件可對ispMACH4000Z系列器件提供完全的支持平臺。用戶可以從公司網(wǎng)站(www.latticesemi.com)下載該軟件。
2 ispMAC4000Z結(jié)構(gòu)
ispMACH4000Z器件由多個通用邏輯塊(GLB,Generic Logic Block)組成,各個GLB通過全局布線池(GRP,Global Route Pool)相聯(lián),如圖1所示。每個GLB有16個宏單元,36個輸入。16個宏單元的輸出通過輸出布線池連以I/O塊,同時也連到GRP,而且即使是反饋到同一GLB也必須通過GRP,這樣就使得GLB互相之間的連接是恒定且可預知的延時。由于每個I/O可以有不同的供電電壓,因此,該器件可以應(yīng)用于混合電壓環(huán)境。
在ispMACH4000Z系列中,ispMACH4032ZC器件包含2個GLB,ispMACH4064ZC包含4個,而ispMACH4128ZC則包含有8個。GLB由可編程與陣列、邏輯分配器、16個宏單元和一個時鐘發(fā)生器組成,其結(jié)構(gòu)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(yīng)的ispMACH4000器件完全兼容。表1所列是ispMACH4000Z系列器件的主要參數(shù)。
表1 ispMACH4000Z器件的主要參數(shù)
系列中的器件 | 宏單元數(shù) | 用戶I/O數(shù) | tPD(ns) | tCO(ns) | ts(ns) | FMAX(MHz) | Vcc | 最大待機電流(A) | 封 裝 |
ispMACH4032ZC | 32 | 32 | 3.5 | 3.0 | 2.2 | 265 | 1.8V | 20 | 49-ball caBAG |
48-pin TQFP | |||||||||
ispMACH4064ZC | 64 | 32 | 4 | 3.4 | 2.5 | 232 | 1.8V | 25 | 48-pin TQFP |
64 | 100-pin TQFP | ||||||||
ispMACH4128ZC | 128 | 64 | 4.5 | 3.9 | 2.8 | 206 | 1.8V | 30 | 100-pin TQFP |
92 | 128-pin TQFP |
4 ispMACH4000Z器件的應(yīng)用
ispMACH4000Z器件可以大量應(yīng)用于許多基于電池供電的手持設(shè)備等消費類電子產(chǎn)品,如移動電話、遙控設(shè)備、尋呼設(shè)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(shù)字相機、數(shù)字攝像機、個人視聽設(shè)備(如CD,DVD,迷你音響等)、便攜式醫(yī)療設(shè)備、汽車設(shè)備以及便攜式條形碼掃描器等領(lǐng)域。
5 結(jié)束語
ispMACH4000Z系列器件在具有高速性能的同時也克服CPLD高功耗的特點,其靜態(tài)功耗和動態(tài)功耗已經(jīng)接近傳統(tǒng)ASIC的水平,從而擴展了CPLD的應(yīng)用領(lǐng)域,能廣泛應(yīng)用于電池供電的電子產(chǎn)品中。
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