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零功耗超快速CPLD器件ispMACH4000Z及其應用
摘要：介紹了萊迪思半導體公司推出的零功耗超快速復雜中編程邏輯器件ispMACH4000Z的特征、結構和原理。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(jià)格和免費的軟件支持使得該系列器件廣泛地應用于各種基于電池的設備中，把復雜可編程邏輯器件的靈活性擴展到傳統消費電子領(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)式消費類(lèi)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(zhù)CPLD器件進(jìn)入移動(dòng)設備市場(chǎng)，尤其是各種基于電池供電的手持設備。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。同樣規模的CPLD和ASIC，CPLD的最大工作頻率往往低于專(zhuān)門(mén)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(jìn)軍移動(dòng)式消費類(lèi)電子產(chǎn)品市場(chǎng)所遇到的價(jià)格和速度門(mén)檻。IspMACH4000Z（In-System Programmable Macro Array CMOS Hight-densigy）系列器件的推出標志著(zhù)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(mǎn)足大部分當代消費類(lèi)電子產(chǎn)品的高速應用場(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(shí)其最高工作頻率可達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。
*超快型器件結構，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（0～70℃）、工業(yè)級（-40～85℃）、汽車(chē)級（-40～125℃）。
*設計靈活，具有3種器件密度（32、64和128宏單元）、4個(gè)系統時(shí)鐘，每個(gè)邏輯塊有36個(gè)輸入，每個(gè)輸出可以有多達80個(gè)乘積項（PT，Product Terms），輸出布線(xiàn)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(shí)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(kāi)路輸出（Opendrain）、擺率控制（Slowslew）、總線(xiàn)保持鎖存（Bus maintenance）、上拉下拉電阻（Pull）和PCI兼容性等功能。
*滿(mǎn)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(guò)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(hù)可以從公司網(wǎng)站（）下載該軟件。
2 ispMAC4000Z結構
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(xiàn)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(xiàn)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(chēng)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
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