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?gòu)?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(ài)，但在各種移動(dòng)式消費(fèi)類電子產(chǎn)品市場(chǎng)仍然是ASIC芯片的天地。有幾個(gè)原因阻礙著CPLD器件進(jìn)入移動(dòng)設(shè)備市場(chǎng)，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(guó)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(chǎng)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(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(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(kāi)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(guò)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（www.latticesemi.com）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(guò)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(guò)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(guò)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)

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(fèi)類電子產(chǎn)品，如移動(dòng)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(jì)算器、收音機(jī)、工業(yè)儀器、數(shù)字相機(jī)、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、個(gè)人視聽(tīng)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(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(tǒng)ASIC的水平，從而擴(kuò)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。