可编程逻辑在消费电子中的应用

     在有限的产品面市的时间内，应对不断变化的市场标准使得可编程逻辑器件（PLD）广泛地用于消费电子产品之中。而专用集成电路（ASIC）和专用特定标准器件（ASSP）的开发需要昂贵的非重复性工程费用，PLD是标准的现成器件，可针对各种应用使用灵活的软件工具进行定制。

　　降低功耗预算

　　降低静态功耗一直是消费电子产品设计人员面临的挑战。许多电池供电的产品，如智能电话、GPS设备、移动计算和数码相机，延长电池寿命是重要的差异化特征之一。由于设计人员力求符合的能源之星和欧盟管理守则的规定，对于许多通过墙上插座供电的电子设备而言，低功耗也越来越重要。

　　在许多消费电子系统中，通过提供先进的总线接口和桥接功能，PLD可扩展当前一代的应用处理器或CPU的使用率。这些总线接口和桥接功能通常不会有非常高的性能要求。图1展示了这样一个应用实例。

图1：在手机中使用PLD

　　PLD还经常用来实现人机接口控制器、显示控制器、外部存储器接口控制器和PWM控制器。表1展示了在消费电子市场中一些常见的PLD的应用。

表1：消费电子应用中常用的PLD的功能

　　像高端FPGA一样，现在低密度的PLD有先进的I/O功能，包括支持不同的I/O标准、多个I/O bank，以及多种电压。这些特性允许使用PLD来实现ASIC/ ASSP、存储器、处理器，以及通常有不匹配的电压和I/O标准的其他器件之间的互连逻辑。

　　如图2所示，对于将低成本、低密度PLD用于先进的互连逻辑，图形复用器是一个理想的例子。笔记本电脑和便携式电源管理的趋势是英特尔可切换显卡倡议。图形多路复用器选择基于应用需求的图形控制器。低功耗集成GPU用于诸如文字处理，电子邮件和互联网浏览的常规应用。高性能的独立GPU用于高性能的应用，诸如游戏、视频编辑和播放高清视频。PLD支持低摆幅差分I/O标准和内置的齿轮箱和PLL，能够与图形处理器接口，实现智能多路算法，以减少或消除切换时的视觉效果并直接驱动液晶显示屏。

图2：基于PLD的图形复用器

　　莱迪思的MachXO2 PLD系列对如前所述的消费电子应用中的各种功能是理想的选择。采用优化的查找表（LUT）结构与65纳米嵌入式闪存工艺技术相结合，MachXO2器件为消费电子设计提供了一个灵活的“全功能 “的解决方案。

　　低成本的封装

　　MachXO2器件有各种低成本，无卤素的封装。可用的封装选择包括低成本的BGA和TQFP，以及先进的晶圆级芯片级封装和微型芯片级封装。 BGA封装包括尽可能少的信号布线层，以降低整个封装的成本。这些封装的设计使得所有的I/O和电源连接从PCB布线的2至4层引出。这样做避免了使用较高成本的制造技术，如埋孔或盲孔，以及激光孔钻。MachXO2封装的I/O分配能够使同一封装实现密度迁移。当设计有变化，需要一个更大或更小的MachXO2器件时，这有助于利用同样的电路板。

　　更高的集成度

　　图3展示了一个MachXO2集成分立逻辑器件，如I/O扩展器、电平和总线桥接转换器、电压调节器、时钟源和配置器件，所有这些都在单个器件之中。

图3：MachXO2功能整合

　　MachXO2器件内含多达256Kbit的嵌入式闪存。这些片上用户闪存（UFM）使MachXO2器件能够集成外部非易失性存储器，可用于各种应用，包括存储配置文件部分、储存PROM数据，或作为通用用户闪存。 MachXO2器件还具有标称为+/- 5%的内部振荡器，可以用来作为设计的时钟源，因此无需外部振荡器。

　　固化的SPI、I2C、定时器/计数器

　　SPI和I2C控制器和定时器/计数器是消费电子设计中常用的功能。设计人员经常用PLD实现SPI或I2C总线扩展。定时器/计数器也经常被用来生成状态信号。所有MachXO2器件拥有这些常用功能的固化实现。有了固化的I2C、SPI和定时器/计数器功能，设计人员可节省高达600LUT，可用于在设计中实现附加的逻辑。

　　由于非易失性降低了功耗

　　除了静态和动态功耗之外，功耗的额外部分与浪涌和配置有关。这是PLD / FPGA进入用户模式之前，上电和配置期间的功耗。功耗是与进入用户模式所需的时间成正比的。电路板设计人员必须考虑这一部分额外的功耗，同时确定电源的要求。许多消费电子系统设计成使得FPGA或PLD频繁开/关循环。由于开/关周期频繁，这个系统的行为加剧了这一额外的功耗。由于其固有的性质（即带有片上配置存储器的PLD），MachXO2器件可以用微秒的时间配置自己，尽量减少浪涌和配置过程中的功耗。图4展示了MachXO2 PLD与基于SRAM的FPGA进入用户模式所需时间之间的比较。

图4 MachXO2减少了功耗周期

　　用的设计工具加速创新

　　设计人员可以开始使用Lattice Diamond v1.2版本软件用MachXO2器件进行设计，该软件可以从莱迪思网站。

　　一个为消费电子应用而优化的全套参考设计可以从莱迪思网站。这些包括LatticeMico8微控制器，外设如UART、I2C主/从，SPI主/从，I2S控制器和各种闪存控制器的。该参考设计源代码，包括HDL和固件，可以根据实际应用的要求进行修改。

　　结论

　　在实现消费电子应用中，使用可编程逻辑器件实现各种功能是一种不错的选择，因为他们克服了ASIC和ASSP的局限性，提供具有成本效益，低功耗和灵活的解决方案。MachXO2 PLD系列是专为低成本，低功耗消费电子应用而设计的，为设计人员提供了更低成本的优势、降低了功耗，并在一个小的封装中增加了系统集成度。此外，MachXO2包含了在消费电子应用中常用的一些的功能的固化实现，例如用户闪存（UFM）、I2C、SPI和定时器/计数器。