過去,，人們認(rèn)為“可編程邏輯”并不意味著“低功耗" title="低功耗">低功耗”。不過,，零功耗" title="零功耗">零功耗CPLD" title="CPLD">CPLD的出現(xiàn)改變了這一觀點(diǎn),，這一技術(shù)使得低功耗電子產(chǎn)品設(shè)計人員能夠充分利用可編程邏輯的諸多優(yōu)勢。現(xiàn)在,，除了具備CPLD在一般應(yīng)用中已得到認(rèn)可的杰出性能外,，零功耗CPLD還能夠降低便攜式" title="便攜式">便攜式產(chǎn)品的總功耗。
通用CPLD應(yīng)用
第一組應(yīng)用介紹了CPLD所勝任的功能,。雖然這些功能不是專門針對降低功耗的,，但是，利用低功耗CPLD來實(shí)現(xiàn)這些功能對功耗有積極的影響,。例如,，一個常見的CPLD功能是合并分立邏輯。這可以節(jié)省PCB空間,，降低材料（BOM）成本,，并減小總體功耗。下面討論一些常見的通用CPLD應(yīng)用,。
1. 上電排序
在許多產(chǎn)品中,，各種器件的上電順序非常重要，這使得上電排序成為一個關(guān)鍵的功能,。CPLD在系統(tǒng)上電的幾個毫秒內(nèi)就開始工作,，因此成為控制系統(tǒng)中各種器件（包括微處理器或微控制器）上電排序的最佳選擇（圖1）。上電排序僅僅是低功耗CPLD能夠?qū)崿F(xiàn)的多種系統(tǒng)功能的其中之一,?？删幊踢壿嫷淖畲髢r值在于可將多種功能在一個器件中實(shí)現(xiàn)。
圖1：利用CPLD進(jìn)行上電排序,。
2. 電壓轉(zhuǎn)換
很多產(chǎn)品都需要使用電壓不同的各種邏輯器件,。為支持多電壓應(yīng)用，設(shè)計人員需要頻繁連接不同電壓的器件,。CPLD擁有大量的I/O,，它們被分組成多個塊。每個I/O塊被依次分配一個特有的電壓電源,。因此,，開發(fā)電壓轉(zhuǎn)換器只需要將某一電壓的所有I/O分組在一個塊中，并將相關(guān)的電壓基準(zhǔn)連接到這些I/O所需的電源上（圖2）。使用CPLD不但能夠很好地完成電壓轉(zhuǎn)換,，它更大的優(yōu)勢在于和電壓轉(zhuǎn)換相結(jié)合的可編程能力,。例如，如果某一應(yīng)用要求的LCD顯示器不被主處理器所支持,，且兩者電壓不同,，那么可以利用CPLD來實(shí)現(xiàn)主處理器和LCD顯示器之間的電壓轉(zhuǎn)換時序控制。
圖2：利用Altera MAX IIZ CPLD進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換,。
3. 通用I/O引腳擴(kuò)展
在很多情況下,，CPLD是微控制器、ASSP和ASIC優(yōu)異的輔助器件,。例如,，在一個常見的通用I/O（GPIO）引腳擴(kuò)展應(yīng)用中，設(shè)計人員可以把小型低成本微控制器的可編程能力和CPLD的GPIO資源結(jié)合起來,。CPLD構(gòu)建一組內(nèi)部寄存器,，微控制器通過I2C或SPI等串口來訪問這些寄存器（圖3），這使得微控制器能夠利用現(xiàn)有的串口來擴(kuò)展其I/O總數(shù),。CPLD擴(kuò)展I/O也可以用于實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換,，從而提高了CPLD的實(shí)用性。
圖3：GPIO引腳擴(kuò)展,。
雖然上述例子采用的是微控制器,，但同樣也適用于采用ASSP和ASIC的情況。例如,，很多設(shè)計人員發(fā)現(xiàn)用小規(guī)模ASIC通過串口來驅(qū)動CPLD這種方案的成本要比具有相同I/O能力的大規(guī)模ASIC方案低得多,。
過去，人們認(rèn)為“可編程邏輯”并不意味著“低功耗”,。不過,，零功耗CPLD的出現(xiàn)改變了這一觀點(diǎn)，這一技術(shù)使得低功耗電子產(chǎn)品設(shè)計人員能夠充分利用可編程邏輯的諸多優(yōu)勢?，F(xiàn)在,，除了具備CPLD在一般應(yīng)用中已得到認(rèn)可的杰出性能外，零功耗CPLD還能夠降低便攜式產(chǎn)品的總功耗,。
通用CPLD應(yīng)用
第一組應(yīng)用介紹了CPLD所勝任的功能,。雖然這些功能不是專門針對降低功耗的，但是,，利用低功耗CPLD來實(shí)現(xiàn)這些功能對功耗有積極的影響。例如,，一個常見的CPLD功能是合并分立邏輯,。這可以節(jié)省PCB空間，降低材料（BOM）成本，并減小總體功耗,。下面討論一些常見的通用CPLD應(yīng)用,。
1. 上電排序
在許多產(chǎn)品中，各種器件的上電順序非常重要,，這使得上電排序成為一個關(guān)鍵的功能,。CPLD在系統(tǒng)上電的幾個毫秒內(nèi)就開始工作，因此成為控制系統(tǒng)中各種器件（包括微處理器或微控制器）上電排序的最佳選擇（圖1）,。上電排序僅僅是低功耗CPLD能夠?qū)崿F(xiàn)的多種系統(tǒng)功能的其中之一,。可編程邏輯的最大價值在于可將多種功能在一個器件中實(shí)現(xiàn),。
圖1：利用CPLD進(jìn)行上電排序,。
2. 電壓轉(zhuǎn)換
很多產(chǎn)品都需要使用電壓不同的各種邏輯器件。為支持多電壓應(yīng)用,，設(shè)計人員需要頻繁連接不同電壓的器件,。CPLD擁有大量的I/O，它們被分組成多個塊,。每個I/O塊被依次分配一個特有的電壓電源,。因此，開發(fā)電壓轉(zhuǎn)換器只需要將某一電壓的所有I/O分組在一個塊中,，并將相關(guān)的電壓基準(zhǔn)連接到這些I/O所需的電源上（圖2）,。使用CPLD不但能夠很好地完成電壓轉(zhuǎn)換，它更大的優(yōu)勢在于和電壓轉(zhuǎn)換相結(jié)合的可編程能力,。例如,，如果某一應(yīng)用要求的LCD顯示器不被主處理器所支持，且兩者電壓不同,，那么可以利用CPLD來實(shí)現(xiàn)主處理器和LCD顯示器之間的電壓轉(zhuǎn)換時序控制,。
圖2：利用Altera MAX IIZ CPLD進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換。
3. 通用I/O引腳擴(kuò)展
在很多情況下,，CPLD是微控制器,、ASSP和ASIC優(yōu)異的輔助器件。例如,，在一個常見的通用I/O（GPIO）引腳擴(kuò)展應(yīng)用中,，設(shè)計人員可以把小型低成本微控制器的可編程能力和CPLD的GPIO資源結(jié)合起來。CPLD構(gòu)建一組內(nèi)部寄存器,，微控制器通過I2C或SPI等串口來訪問這些寄存器（圖3）,，這使得微控制器能夠利用現(xiàn)有的串口來擴(kuò)展其I/O總數(shù)。CPLD擴(kuò)展I/O也可以用于實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換,，從而提高了CPLD的實(shí)用性,。
圖3：GPIO引腳擴(kuò)展,。
雖然上述例子采用的是微控制器，但同樣也適用于采用ASSP和ASIC的情況,。例如,，很多設(shè)計人員發(fā)現(xiàn)用小規(guī)模ASIC通過串口來驅(qū)動CPLD這種方案的成本要比具有相同I/O能力的大規(guī)模ASIC方案低得多。
4. 接口橋接
便攜式應(yīng)用設(shè)計人員經(jīng)常需要連接具有不同I/O接口的器件,。這一功能被稱為橋接,，因?yàn)镃PLD被用來構(gòu)成不同接口之間的“橋”。圖4所示為采用CPLD來橋接兩種不同的串口：I2C和SPI,。該設(shè)計可以在Altera MAX IIZ EPM240Z CPLD中實(shí)現(xiàn),，使用約43％的可用邏輯和6個I/O引腳。
圖4：利用MAX IIZ CPLD橋接I2C與SPI,。
圖5所示為一個主處理器與SPI主機(jī)的接口,，這是一個利用CPLD來實(shí)現(xiàn)串并轉(zhuǎn)換接口的實(shí)例。這個例子創(chuàng)建了一個主處理器總線接口和一個完整的SPI主機(jī),，可以在MAX IIZ EPM240Z CPLD中實(shí)現(xiàn),，占用約30％的可用邏輯和25個I/O引腳。
在圖6中,，CPLD被用于橋接兩種不同的并口,。這一設(shè)計實(shí)例實(shí)現(xiàn)了PXA310主處理器總線與Compact FLASH+器件的接口，可采用MAX IIZ EPM240Z CPLD實(shí)現(xiàn),，使用約17％的可用邏輯及59個I/O引腳,。
降低功耗的應(yīng)用
上述應(yīng)用展示了利用低功耗CPLD來實(shí)現(xiàn)便攜式應(yīng)用中的多種常見功能。下一組應(yīng)用將介紹利用零功耗CPLD的獨(dú)特功能來降低便攜式應(yīng)用功耗的途徑,。
圖5：利用MAX IIZ CPLD實(shí)現(xiàn)主處理器至SPI接口,。
1. 自關(guān)斷和自上電
MAX IIZ CPLD是一種可實(shí)現(xiàn)超低待機(jī)功耗的零功耗CPLD。例如,，EPM240Z器件在待機(jī)時僅消耗29μA電流,。不過，為達(dá)到絕對最低功耗,，理想的狀態(tài)是器件在不工作時不消耗能量,。令人吃驚的是，這確實(shí)可以做到,，因?yàn)榕c傳統(tǒng)的宏單元CPLD不同,，MAX IIZ器件具有內(nèi)部振蕩器，可實(shí)現(xiàn)自動關(guān)斷功能,。
圖6：利用MAX IIZ CPLD實(shí)現(xiàn)主處理器至CF+接口,。
該操作十分簡單。MAX IIZ CPLD的所有輸入被用于控制計數(shù)器,。任意輸入被激活后,，計數(shù)器保持復(fù)位,。當(dāng)所有輸入進(jìn)入非激活狀態(tài)后，計數(shù)器開始計數(shù),，直到達(dá)到用戶指定的時間長度。如果在這一時間段所有輸入仍處于未激活狀態(tài),，則發(fā)送一個信號以禁用MOSFET,，這樣可以關(guān)斷MAX IIZ器件的電源。當(dāng)任意輸入再次被激活時,，內(nèi)部計數(shù)器復(fù)位,、通電，MAX IIZ CPLD上電（圖7）,。
圖7：輸入處于非激活狀態(tài)時可實(shí)現(xiàn)自動關(guān)斷和自動上電,。
2. 多輸入時的上電
MAX IIZ CPLD能夠輕松地監(jiān)視其輸入，可以自停止或者自啟動,，這些功能都可以直接應(yīng)用在降低便攜式應(yīng)用的功耗上,。在許多便攜式產(chǎn)品中，通過按下電源開關(guān)實(shí)現(xiàn)上電,。如果產(chǎn)品在一段時間內(nèi)空閑,，可啟用關(guān)斷或者待機(jī)模式來延長電池使用壽命。對于這一點(diǎn),，許多便攜產(chǎn)品設(shè)計人員希望用戶來重新激活產(chǎn)品,，例如，開蓋,、按下任意鍵,、插入存儲器卡等（圖8）。但是,，大多電源管理設(shè)計都只支持一個控制輸入,。在這種情況下，可以采用CPLD來監(jiān)控輸入,。當(dāng)產(chǎn)品在設(shè)計人員指定的一段時間都處于空閑,，CPLD向電源管理邏輯發(fā)出關(guān)斷信號。當(dāng)任意輸入使其激活后,，CPLD上電并向電源管理邏輯發(fā)出系統(tǒng)上電信號,。
圖8：利用MAX IIZ CPLD可根據(jù)輸入工作狀態(tài)來啟動或者停止系統(tǒng)供電。
3. 將CPLD用作低功耗協(xié)處理器
可以把很多系統(tǒng)功能從耗電的大型主系統(tǒng)處理器中卸載到節(jié)電的小型CPLD中,。大量的系統(tǒng)“管理”功能必須周期性地完成,。在下面的例子中，系統(tǒng)處理器可保持在節(jié)能模式,，而低功耗MAX IIZ CPLD利用其內(nèi)部振蕩器來周期性地執(zhí)行任務(wù),。如果需要的話,，MAX IIZ CPLD的內(nèi)部振蕩器可與外部振蕩器進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)后,，外部振蕩器關(guān)斷,，以進(jìn)一步降低功耗（圖9）。
圖9：CPLD內(nèi)部振蕩器可與外部振蕩器進(jìn)行校準(zhǔn),。
監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)：CPLD周期性地檢查系統(tǒng)狀態(tài),。如果一切正常，則繼續(xù)保持關(guān)斷,，但如果出現(xiàn)問題,，則CPLD記錄下問題并喚醒主處理器。驅(qū)動藍(lán)牙LED：在很多便攜式應(yīng)用中,，驅(qū)動藍(lán)牙LED對于CPLD而言是非常普遍的應(yīng)用,。替代方案需要喚醒主處理器以及足夠的其它系統(tǒng)部件才能實(shí)現(xiàn)這一功能，相比采用CPLD要消耗更多的能量,。監(jiān)控電池電量：當(dāng)主處理器保持待機(jī)時,，CPLD周期性地讀取電池電量。如果電源降到規(guī)定的電壓以下,，則CPLD喚醒主處理器,，隨即系統(tǒng)正常關(guān)斷。
利用CPLD來構(gòu)建低功耗媒體協(xié)處理器提供了另一種大幅降低功耗的途徑,。在這類應(yīng)用中,，采用CPLD來替代主處理器向編解碼器傳送媒體文件，而主處理器處于休眠狀態(tài),。通常,，用CPLD實(shí)現(xiàn)該功能只需要幾個微安的電流，而用主處理器卻需要幾個毫安,。這種節(jié)能方法直接延長了電池使用壽命,。
本文小結(jié)
過去，低功耗便攜產(chǎn)品設(shè)計人員并不能充分利用可編程邏輯的諸多優(yōu)勢,。不過,，待機(jī)電流只有幾微安的零功耗CPLD的出現(xiàn)使得可編程器件成為低功耗設(shè)計人員可以選用的器件。
本文介紹了利用CPLD來實(shí)現(xiàn)通用系統(tǒng)功能的實(shí)例,，展示了MAX IIZ CPLD中自停止和自啟動電路的獨(dú)特功能,。這一功能可以降低便攜式應(yīng)用的功耗。此外,，本文還介紹了怎樣將周期性的系統(tǒng)監(jiān)控和媒體傳送等任務(wù)從主處理器卸載到低功耗CPLD協(xié)處理器中,。由于采用了零功耗CPLD，便攜式電子產(chǎn)品設(shè)計人員現(xiàn)在進(jìn)一步提高了開發(fā)低功耗,、多功能創(chuàng)新產(chǎn)品的能力,。