定制化可编程逻辑器件的优选策略

   2024-05-24 工业品商城19
核心提示:当我们着手运用可编程逻辑部件(CPLD或FPGA)时,应该从多个维度做决策以挑选最合适的方案。首先,我们需要关注的是逻辑单元的构造方式。CPLD所采用的PAL结构逻辑单元具备强大的功能,能够在单元内部完成大部分常规逻辑操作,因此其互联关系相对简洁明了,只需借助集总总线便可实现。这一特点使其非常适合构建复杂的有限状

    当我们着手运用可编程逻辑部件(CPLD或FPGA)时,应该从多个维度做决策以挑选最合适的方案。首先,我们需要关注的是逻辑单元的构造方式。CPLD所采用的PAL结构逻辑单元具备强大的功能,能够在单元内部完成大部分常规逻辑操作,因此其互联关系相对简洁明了,只需借助集总总线便可实现。这一特点使其非常适合构建复杂的有限状态机,例如控制系统等,这类系统虽然逻辑复杂且输入变量众多,但对触发器的需求量相对较低。相比之下,FPGA的逻辑单元则采用查找表结构,每个单元仅包含一个或两个触发器。这种工艺结构使得芯片占用空间小,运行速度快,每颗芯片上能够集成的单元数量也更多。然而,由于逻辑单元功能相对较弱,因此小单元的FPGA更适合处理数据类型的系统,这类系统所需的触发器数量较多,但逻辑相对简单。

    其次,我们需要考虑的是内部互连资源及连线结构。FPGA的分段式连线结构赋予了其出色的互连灵活性和极高的布线成功率,一对单元间的互连路径可以有多种选择,而其信号传输延迟时间却无法精确预知。另一方面,CPLD的连续式互连结构则是利用相同长度的金属线来实现功能单元间的互连,即采用集总总线的方式,因此在总线上任意一对输入端与输出端之间的延迟都是相等的,从而拥有更大的时间可预测性,产品可以给出引脚到引脚的最大延迟时间。

    第三,我们需要关注的是配置技术。FPGA的配置信息存储在外部存储器中,因此需要额外添加ROM芯片,这导致其保密性相对较差,但却支持动态重构。而CPLD则通常采用EPROM、E2PROM、逆熔丝等技术,通常情况下并不需要外部ROM,并且CPLD无法实现动态重构。

    第四,我们需要考虑的是器件的规模。在中小规模范围内,CPLD的逻辑电路价格更为亲民,器件种类丰富,选择范围广泛。然而,CPLD的主要不足在于功耗相对较大,尤其是15000门以上的CPLD,其功耗甚至可能超过FPGA、门阵列和分立器件。相较而言,FPGA覆盖了大中规模范围,更适合实现多层次的逻辑功能。在实现小型化、集成化和高可靠性的同时,其上市速度更快,市场风险更小。对于那些需要快速周转的样机来说,这些特性使得FPGA成为了大规模ASIC电路设计用户的首选。

     最后,我们还需要考虑FPGA和CPLD的封装形式。目前,FPGA和CPLD器件的封装形式繁多,其中包括PLCC、PQFP、TQFP、RQFP、VQFP、MQFP、PGA、BGA以及μBGA等。其中,PLCC封装因其易于购买现成的插座,插拔便利,在开发过程中往往更加便于使用,特别适合于小规模的开发项目。然而,PLCC封装的I/O接口数量有限,且容易遭受非法破解。而PQFP、RQFP和VQFP等贴片封装形式则无需插座,适合于一般规模的产品开发或生产。至于BGA封装,其引脚为球状,属于较为先进的封装形式,已经被广泛应用于大规模PLD器件之中。BGA封装的引脚结构具有更强的抗干扰和机械抗振性能。


 
 
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