零功耗超快速CPLD器件ispMACH4000Z及其應用
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關鍵詞：零功耗 在系統可編程 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器件進入移動設備市場，尤其是各種基于電池供電的手持設備。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。同樣規模的CPLD和ASIC，CPLD的最大工作頻率往往低于專門設計的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品的高速應用場合。
萊迪思公司于2003年3月推出的ispMACH4000Z系列器件采用ispMACH4000器件結構，它將高速度和低功耗結合在一起。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：
*具有極低的靜態功耗，典型靜態功耗為20μW。
*超快型器件結構，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：
商業級（0～70℃）、工業級（-40～85℃）、汽車級（-40～125℃）。
*設計靈活，具有3種器件密度（32、64和128宏單元）、4個系統時鐘，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。用戶可以從公司網站（www.latticesemi.com）下載該軟件。
2 ispMAC4000Z結構
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，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，該器件可以應用于混合電壓環境。
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生器組成，其結構如圖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器件的封裝與相應的ispMACH4000器件完全兼容。表1所列是ispMACH4000Z系列器件的主要參數。
表1 ispMACH4000Z器件的主要參數
| 系列中的器件 | 宏單元數 | 用戶I/O數 | 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器件的應用
ispMACH4000Z器件可以大量應用于許多基于電池供電的手持設備等消費類電子產品，如移動電話、遙控設備、尋呼設備、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、工業儀器、數字相機、數字攝像機、個人視聽設備（如CD，DVD，迷你音響等）、便攜式醫療設備、汽車設備以及便攜式條形碼掃描器等領域。
5 結束語
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，其靜態功耗和動態功耗已經接近傳統ASIC的水平，從而擴展了CPLD的應用領域，能廣泛應用于電池供電的電子產品中。
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