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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。該器件的最大待機電流小于30μA，最大工作頻率可達265MHz，其低廉的價格和免費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展到傳統(tǒng)消費電子領(lǐng)域。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，ProgrammableLogicDevice）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(dǎo)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-SystemProgrammableMacroArrayCMOSHight-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。
1ispMACH4000Z器件特征
ispMACH4000Z器件采用先進E2COMS0.18μm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，ProductTerms），輸出布線池（ORP，OutputRoutePool）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，OutputEnable）。
*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（Busmaintenance）、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。
2ispMAC4000Z結(jié)構(gòu)
ispMACH4000Z器件由多個通用邏輯塊（GLB，GenericLogicBlock）組成，各個GLB通過全局布線池（GRP，GlobalRoutePool）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(yù)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。
3ispMACH4000Z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1ispMACH4000Z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ispMACH4032ZC32323.53.02.22651.8V2049-ballcaBAG48-pinTQFPispMACH4064ZC643243.42.52321.8V2548-pinTQFP64100-pinTQFPispMACH4128ZC128644.53.92.82061.8V30100-pinTQFP92128-pinTQFP
4ispMACH4000Z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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