可編程邏輯在消費電子中的應用-基礎電子

精品文檔-下載后可編輯可編程邏輯在消費電子中的應用-基礎電子在有限的產(chǎn)品面市的時間內(nèi)，應對不斷變化的市場標準使得可編程邏輯器件（PLD）廣泛地用于消費電子產(chǎn)品之中。而專用集成電路（ASIC）和專用特定標準器件（ASSP）的開發(fā)需要昂貴的非重復性工程費用，PLD是標準的現(xiàn)成器件，可針對各種應用使用靈活的軟件工具進行定制。

降低功耗預算

降低靜態(tài)功耗一直是消費電子產(chǎn)品設計人員面臨的挑戰(zhàn)。許多電池供電的產(chǎn)品，如智能電話、GPS設備、移動計算和數(shù)碼相機，延長電池壽命是重要的差異化特征之一。由于設計人員力求符合的能源之星和歐盟管理守則的規(guī)定，對于許多通過墻上插座供電的電子設備而言，低功耗也越來越重要。

在許多消費電子系統(tǒng)中，通過提供先進的總線接口和橋接功能，PLD可擴展當前一代的應用處理器或CPU的使用率。這些總線接口和橋接功能通常不會有非常高的性能要求。圖1展示了這樣一個應用實例。

圖1：在手機中使用PLD

PLD還經(jīng)常用來實現(xiàn)人機接口控制器、顯示控制器、外部存儲器接口控制器和PWM控制器。表1展示了在消費電子市場中一些常見的PLD的應用。

表1：消費電子應用中常用的PLD的功能

像高端FPGA一樣，現(xiàn)在低密度的PLD有先進的I/O功能，包括支持不同的I/O標準、多個I/Obank，以及多種電壓。這些特性允許使用PLD來實現(xiàn)ASIC/ASSP、存儲器、處理器，以及通常有不匹配的電壓和I/O標準的其他器件之間的互連邏輯。

如圖2所示，對于將低成本、低密度PLD用于先進的互連邏輯，圖形復用器是一個理想的例子。筆記本電腦和便攜式電源管理的趨勢是英特爾可切換顯卡倡議。圖形多路復用器選擇基于應用需求的圖形控制器。低功耗集成GPU用于諸如文字處理，電子郵件和互聯(lián)網(wǎng)瀏覽的常規(guī)應用。高性能的獨立GPU用于高性能的應用，諸如游戲、視頻編輯和播放高清視頻。PLD支持低擺幅差分I/O標準和內(nèi)置的齒輪箱和PLL，能夠與圖形處理器接口，實現(xiàn)智能多路算法，以減少或消除切換時的視覺效果并直接驅(qū)動液晶顯示屏。

圖2：基于PLD的圖形復用器

萊迪思的MachXO2PLD系列對如前所述的消費電子應用中的各種功能是理想的選擇。采用優(yōu)化的查找表（LUT）結(jié)構(gòu)與65納米嵌入式閃存工藝技術(shù)相結(jié)合，MachXO2器件為消費電子設計提供了一個靈活的“全功能“的解決方案。

低成本的封裝

MachXO2器件有各種低成本，無鹵素的封裝。可用的封裝選擇包括低成本的BGA和TQFP，以及先進的晶圓級芯片級封裝和微型芯片級封裝。BGA封裝包括盡可能少的信號布線層，以降低整個封裝的成本。這些封裝的設計使得所有的I/O和電源連接從PCB布線的2至4層引出。這樣做避免了使用較高成本的制造技術(shù)，如埋孔或盲孔，以及激光孔鉆。MachXO2封裝的I/O分配能夠使同一封裝實現(xiàn)密度遷移。當設計有變化，需要一個更大或更小的MachXO2器件時，這有助于利用同樣的電路板。

更高的集成度

圖3展示了一個MachXO2集成分立邏輯器件，如I/O擴展器、電平和總線橋接轉(zhuǎn)換器、電壓調(diào)節(jié)器、時鐘源和配置器件，所有這些都在單個器件之中。

圖3：MachXO2功能整合

MachXO2器件內(nèi)含多達256Kbit的嵌入式閃存。這些片上用戶閃存（UFM）使MachXO2器件能夠集成外部非易失性存儲器，可用于各種應用，包括存儲配置文件部分、儲存PROM數(shù)據(jù)，或作為通用用戶閃存。MachXO2器件還具有標稱精度為+/-5%的內(nèi)部振蕩器，可以用來作為設計的時鐘源，因此無需外部振蕩器。

固化的SPI、I2C、定時器/計數(shù)器

SPI和I2C控制器和定時器/計數(shù)器是消費電子設計中常用的功能。設計人員經(jīng)常用PLD實現(xiàn)SPI或I2C總線擴展。定時器/計數(shù)器也經(jīng)常被用來生成狀態(tài)信號。所有MachXO2器件擁有這些常用功能的固化實現(xiàn)。有了固化的I2C、SPI和定時器/計數(shù)器功能，設計人員可節(jié)省高達600LUT，可用于在設計中實現(xiàn)附加的邏輯。

由于非易失性降低了功耗

除了靜態(tài)和動態(tài)功耗之外，功耗的額外部分與浪涌和配置有關。這是PLD/FPGA進入用戶模式之前，上電和配置期間的功耗。功耗是與進入用戶模式所需的時間成正比的。電路板設計人員必須考慮這一部分額外的功耗，同時確定電源的要求。許多消費電子系統(tǒng)設計成使得FPGA或PLD頻繁開/關循環(huán)。由于開/關周期頻繁，這個系統(tǒng)的行為加劇了這一額外的功耗。由于其固有的性質(zhì)（即帶有片上配置存儲器的PLD），MachXO2器件可以用微秒的時間配置自己，盡量減少浪涌和配置過程中的功耗。圖4展示了MachXO2PLD與基于SRAM的FPGA進入用戶模式所需時間之間的比較。

圖4MachXO2減少了功耗周期

用的設計工具加速創(chuàng)新

設計人員可以開始使用LatticeDiamondv1.2版本軟件用MachXO2器件進行設計，該軟件可以從萊迪思網(wǎng)站。

一個為消費電子應用而優(yōu)化的全套參考設計可以從萊迪思網(wǎng)站。這些包括LatticeMico8微控制器，外設如UART、I2C主/從，SPI主/從，I2S控制器和各種閃存控制器的。該參考設計源代碼，包括HDL和固件，可以根據(jù)實際應用的要求進行修改。

結(jié)論

在實現(xiàn)消費電子應用中，使用可編程邏輯器件實現(xiàn)各種功能是一種不錯的選擇，因為他們克服了ASIC和ASSP的局限性，提供具有成本效益，低功耗和靈活的解決方案。MachXO2PLD