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零功耗超快速CPLD器件ispMACH4000Z及其應(yīng)用
摘要:介紹了萊迪思半導(dǎo)體公司推出的零功耗超快速復(fù)雜中編程邏輯器件ispMACH4000Z的特征、結(jié)構(gòu)和原理。該器件的最大待機(jī)電流小于30μA,最大工作頻率可達(dá)265MHz,其低廉的價(jià)格和免費(fèi)的軟件支持使得該系列器件廣泛地應(yīng)用于各種基于電池的設(shè)備中,把復(fù)雜可編程邏輯器件的靈活性擴(kuò)展到傳統(tǒng)消費(fèi)電子領(lǐng)域。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(dòng)式消費(fèi)類電子產(chǎn)品市場仍然是ASIC芯片的天地。有幾個(gè)原因阻礙著CPLD器件進(jìn)入移動(dòng)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(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(guī)模的CPLD和ASIC,CPLD的最大工作頻率往往低于專門設(shè)計(jì)的ASIC芯片。
基于這種情況美國萊迪思半導(dǎo)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(fèi)類電子產(chǎn)品市場所遇到的價(jià)格和速度門檻。IspMACH4000Z(In-System Programmable Macro Array CMOS Hight-densigy)系列器件的推出標(biāo)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(dá)400MHz,完全能滿足大部分當(dāng)代消費(fèi)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(jī)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(shí)其最高工作頻率可達(dá)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(jié)構(gòu),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(jí)(0~70℃)、工業(yè)級(jí)(-40~85℃)、汽車級(jí)(-40~125℃)。
*設(shè)計(jì)靈活,具有3種器件密度(32、64和128宏單元)、4個(gè)系統(tǒng)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(dá)80個(gè)乘積項(xiàng)(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(hào)、時(shí)鐘信號(hào)和輸出使能信號(hào)(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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)。
*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(duì)ispMACH4000Z系列器件提供完全的支持平臺(tái)。用戶可以從公司網(wǎng)站()下載該軟件。
2 ispMAC4000Z結(jié)構(gòu)
ispMACH4000Z器件由多個(gè)通用邏輯塊(GLB,Generic Logic Block)組成,各個(gè)GLB通過全局布線池(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)宏單元的輸出通過輸出布線池連以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GRP,這樣就使得GLB互相之間的連接是恒定且可預(yù)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(yīng)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(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)
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