基于CPLD的串并轉(zhuǎn)換和高速USB通信設(shè)計(jì)
出處：iamshensu 發(fā)布于：2007-05-25 14:02:03
| 摘 要：CPLD可編程技術(shù)具有功能集成度高、設(shè)計(jì)靈活、開發(fā)周期短、成本低等特點(diǎn)。介紹基于ATMEL 公司的CPLD芯片ATF1508AS設(shè)計(jì)的串并轉(zhuǎn)換和高速USB及其在高速高數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用。 |
| 關(guān)鍵詞：CPLD 串并轉(zhuǎn)換 USB |
| 可編程邏輯器件(PLD)是20世紀(jì)70年代在ASIC設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種劃時(shí)代的新型邏輯器件。自PLD器件問世以來(lái)，制造工藝上采用TTL、CMOS、ECL及靜態(tài)RAM技術(shù)，器件類型有PROM、EPROM、E2PROM、FPLA、PAL、GAL、PML及LCA等。PLD在性能和規(guī)模上的發(fā)展，主要依賴于制造工藝的不斷改進(jìn)，高密度PLD是VLSI集成工藝高度發(fā)展的產(chǎn)物。80年代末，美國(guó)ALTERA和XILINX公司采用EECMOS工藝，分別推出大規(guī)模和超大規(guī)模的復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)和現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列器件(FPGA)。這種芯片在達(dá)到高集成度的同時(shí)，所具有的應(yīng)用靈活性和多組態(tài)功能是以往的LSI/VLSI電路無(wú)法比擬的。自從跨入90年代以來(lái)，可編程邏輯器件CPLD/FPGA得到了飛速發(fā)展，向高集成度、高速度和低價(jià)位方向不斷邁進(jìn)；不僅具有電擦除特性，而且出現(xiàn)了邊緣掃描及在線編程等特性；其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，可用于狀態(tài)機(jī)、同步、譯碼、解碼、計(jì)數(shù)、總線接口、串并轉(zhuǎn)換等很多方面，而且在信號(hào)處理領(lǐng)域的應(yīng)用也活躍起來(lái)。使用CPLD可以提高系統(tǒng)集成度、降低噪聲、增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性并降低成本。 |
| 本文主要介紹ATMEL公司的CPLD芯片ATF1508AS的特點(diǎn)及應(yīng)用。ATF1508AS是利用ATMEL成熟的電擦除技術(shù)實(shí)現(xiàn)的高性能、高密度的復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)，與ALTERA公司的EPM7000系列引腳完全兼容；可以將EPM7000的POF文件轉(zhuǎn)換為適合ATF1508AS的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JEDEC編程文件，到ATF1508AS芯片中。 |
| 1 ATF1508AS的特點(diǎn) |
| ATF1508AS是利用ATMEL成熟的電擦除技術(shù)實(shí)現(xiàn)的高性能、高密度的復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)。它有128個(gè)邏輯宏單元和100個(gè)輸入，能很容易地集成一系列TTL、SSI、MSI、LSI和傳統(tǒng)PLD的邏輯功能。ATF1508AS的增強(qiáng)型路由開關(guān)矩陣增加了可用的門數(shù)和設(shè)計(jì)改變時(shí)引腳鎖定的成功率，這是非常重要的。ATF1508AS有96個(gè)雙向I/O引腳和4個(gè)輸入引腳。這4個(gè)輸入引腳也可以用于全局控制信號(hào)、全局寄存器時(shí)鐘、全局復(fù)位和全局輸出允許。 |
| 128個(gè)宏單元中的每一個(gè)都產(chǎn)生一個(gè)隱藏的反饋回路到全局總線，每一個(gè)輸入引腳、I/O引腳也都匯入全局總線。每個(gè)邏輯塊的開關(guān)矩陣從全局總線中選擇40個(gè)獨(dú)立的信號(hào)，每一個(gè)宏單元也產(chǎn)生一個(gè)返送邏輯項(xiàng)到局部總線。宏單元之間的級(jí)聯(lián)邏輯可以快速有效地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯功能。ATF1508AS包括八個(gè)這樣的邏輯鏈，每一個(gè)都能通過扇入多40個(gè)乘積項(xiàng)實(shí)現(xiàn)邏輯項(xiàng)求和。 |
| ATF1508AS是在系統(tǒng)編程(ISP)器件。它用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的4腳JTAG接口(IEEE標(biāo)準(zhǔn)1149.1)，完全與JTAG的邊界掃描描述語(yǔ)言(BSDL)兼容。ISP允許器件不用從印刷電路板上拿走就可編程；除簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程外，ISP也允許通過軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)修改。 |
| ATF1508AS的引腳保持電路提供對(duì)所有輸入和I/O引腳的設(shè)置。當(dāng)任何引腳驅(qū)動(dòng)到高電平或低電平，緊接著引腳被懸空時(shí)，引腳將保持先前的高電平或低電平狀態(tài)。這種電路防止沒有用到的輸入和I/O線懸空而成為中間的電壓值，這會(huì)導(dǎo)致不必要的功耗和系統(tǒng)噪聲。引腳保持電路去除了對(duì)外部上拉電阻的需要和直流功耗。 |
| ATF1508AS的加密特性可以保護(hù)ATF1508AS的設(shè)計(jì)內(nèi)容。兩個(gè)字節(jié)(16位)的用戶信號(hào)可被用戶存取，能存放工程名、部件號(hào)、版本或日期等，而且用戶信號(hào)的存取不受加密熔絲的狀態(tài)影響。 |
| ATF1508AS具有上電復(fù)位特性。在上電期間，所有的I/O引腳將為三態(tài)，直到VCC到達(dá)上電電壓，這樣可防止在上電期間發(fā)生總線競(jìng)爭(zhēng)。ATF1508AS的寄存器設(shè)計(jì)成在上電時(shí)復(fù)位，從VCC上升到VRST后的微小的延時(shí)，所有的寄存器將復(fù)位到低電平，輸出狀態(tài)要根據(jù)緩沖器的極性設(shè)置。這種特性對(duì)于狀態(tài)機(jī)的初始化是比較關(guān)鍵的。 |
| 2 ATF1508AS的宏單元 |
| ATF1508AS的宏單元如圖1所示。它的宏單元非常靈活，足以支持高復(fù)雜邏輯功能并且高速工作。宏單元包括五個(gè)部分：乘積項(xiàng)和乘積項(xiàng)選擇多路復(fù)用器、或/異或/級(jí)聯(lián)邏輯、觸發(fā)器、輸出選擇和使能、邏輯陣列輸入。沒有用到的宏單元可由編譯器禁止以降低功耗。 |
 |
| (1)乘積項(xiàng)和乘積項(xiàng)選擇矩陣 |
| 每一個(gè)宏單元有5個(gè)乘積項(xiàng)，每個(gè)乘積項(xiàng)作為它的輸入從全局總線和局部總線接收所有信號(hào)。乘積項(xiàng)選擇矩陣(PTMUX)按需分配這5個(gè)乘積項(xiàng)到宏單元的邏輯門，也負(fù)責(zé)分配控制信號(hào)。乘積項(xiàng)選擇矩陣的編程是由設(shè)計(jì)編譯器決定的，編譯器將選擇優(yōu)化的宏單元配置。 |
| (2)或/異或/級(jí)聯(lián)邏輯 |
| ATF1508AS的邏輯結(jié)構(gòu)是為有效地支持所有的邏輯而設(shè)計(jì)的。在一個(gè)宏單元內(nèi)，所有的乘積項(xiàng)可以被布進(jìn)或門，產(chǎn)生一個(gè)5輸入的與/或求和項(xiàng)。通過鄰近的宏單元扇入額外的乘積項(xiàng)，可以擴(kuò)展到40個(gè)乘積項(xiàng)而只有很小的延時(shí)。宏單元的異或門允許有效地實(shí)現(xiàn)比較和算術(shù)功能，其中異或門的一個(gè)輸入來(lái)自或運(yùn)算的求和項(xiàng)，另一個(gè)輸入可以是一個(gè)乘積項(xiàng)或一個(gè)固定的高電平或低電平。對(duì)于組合邏輯輸出，固定電平允許極性選擇；對(duì)于時(shí)序邏輯，固定電平允許利用反演規(guī)則(摩根定律的推論)化簡(jiǎn)乘積項(xiàng)。異或門也可以用于仿真T型和JK型觸發(fā)器。 |
| (3)觸發(fā)器 |
| ATF1508AS的觸發(fā)器有非常靈活的數(shù)據(jù)和控制功能。觸發(fā)器的輸入可以來(lái)自于異或門、一個(gè)單獨(dú)的乘積項(xiàng)或直接由I/O口輸入。選擇單獨(dú)的乘積項(xiàng)允許在一個(gè)組合邏輯輸出宏單元內(nèi)生成一個(gè)隱藏的寄存器反饋(這個(gè)特性是由fitter軟件自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的)。除D、T、JK和SR類型外，ATF1508AS的觸發(fā)器還可配置為鎖存器。在這種模式中，當(dāng)時(shí)鐘為高時(shí)，數(shù)據(jù)通過；當(dāng)時(shí)鐘為低時(shí)，數(shù)據(jù)鎖存。 |
| 時(shí)鐘信號(hào)可以是全局CLK信號(hào)(GCK)和一個(gè)單獨(dú)的乘積項(xiàng)。觸發(fā)器在時(shí)鐘的上升沿改變狀態(tài)。當(dāng)GCK信號(hào)作為時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，宏單元的一個(gè)乘積項(xiàng)可以選擇作為時(shí)鐘允許信號(hào)。當(dāng)使用時(shí)鐘使能功能時(shí)，使能信號(hào)(乘積項(xiàng))為低時(shí)，所有的時(shí)鐘邊沿將被忽略。觸發(fā)器的異步復(fù)位信號(hào)(AR)可以是全局復(fù)位信號(hào)(GCLEAR)、一個(gè)乘積項(xiàng)或不使用。AR也可以是GCLEAR和一個(gè)乘積項(xiàng)的邏輯或輸出。異步置位信號(hào)(AP)可以是一個(gè)乘積項(xiàng)或不使用。 |
| (4)輸出選擇和使能 |
| ATF1508AS宏單元的輸出可以選擇為寄存器型和組合型。隱藏的反饋信號(hào)可以是組合或寄存器信號(hào)而不管輸出是組合型還是寄存器型。輸出使能多路復(fù)用器(MOE)控制輸出使能信號(hào)。如果是簡(jiǎn)單的輸出操作，任何緩沖器都可以使能。如果引腳用作輸入，緩沖器也可以禁止。在這種配置下，所有的宏單元資源仍然可用，包括隱藏的反饋信號(hào)、擴(kuò)展器和級(jí)聯(lián)邏輯。每一個(gè)宏單元的輸出使能信號(hào)都可以選擇一個(gè)全局輸出使能信號(hào)。該器件有6個(gè)全局輸出使能信號(hào)(OE)。 |
| (5)邏輯陣列輸入 |
| 邏輯陣列輸入包括全局總線/開關(guān)矩陣和返送總線： |
| 全局總線/開關(guān)矩陣 |
| 全局總線包括所有的輸入和I/O引腳信號(hào)以及所有128個(gè)宏單元的隱藏反饋信號(hào)。每個(gè)邏輯塊的開關(guān)矩陣將全局總線的所有信號(hào)作為其輸入。在軟件的控制下，這些信號(hào)中多可以有40個(gè)被選擇作為邏輯塊的輸入。 |
| 返送總線 |
| 每一個(gè)宏單元可以產(chǎn)生一個(gè)返送乘積項(xiàng)。這個(gè)信號(hào)連接到局部總線上，并且對(duì)16個(gè)宏單元有效，它是宏單元一個(gè)乘積項(xiàng)的反極性。每個(gè)局部總線的16個(gè)返送項(xiàng)允許產(chǎn)生高扇入求和項(xiàng)(多21個(gè)乘積項(xiàng))，而只有很小的延時(shí)。 |
| 3 設(shè)計(jì)軟件支持 |
| ATMEL公司提供了CPLD的設(shè)計(jì)軟件，而且很多第三方的工具軟件也支持ATF1508AS的設(shè)計(jì)，可以用多種描述語(yǔ)言和格式進(jìn)行邏輯描述，如CUPL、ABEL、VHDL等。由于ATF1508AS與ALTERA公司的EPM7000系列是完全引腳兼容的，因此可以使用ALTERA公司的MAXPLUSII軟件。它能進(jìn)行VHDL語(yǔ)言的編譯和綜合，使用方便，功能強(qiáng)大。MAXPLUSII綜合后產(chǎn)生適合ALTERA的CPLD編程的POF文件，使用POF2JED軟件(ATMEL公司提供)，就可將POF文件轉(zhuǎn)換為適合ATF1508AS的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JEDEC編程文件，到ATF1508AS芯片中。 |
| 4 器件編程 |
| ATF1508AS器件是利用4腳JTAG協(xié)議在系統(tǒng)編程(ISP)的。ATMEL提供了ISP硬件(電纜)和軟件，以允許從PC對(duì)ATF1508AS進(jìn)行編程。若要允許ISP編程支持"自動(dòng)測(cè)試裝置(ATE)"向量，必須通過ATMEL的ISP軟件生成串行向量格式(SVF)文件，也可轉(zhuǎn)換為除SVF外的其它ATE測(cè)試格式。ATF1508AS器件也可以用標(biāo)準(zhǔn)的第三方編程器來(lái)編程，這時(shí)JTAG ISP口可以被禁止從而允許這四個(gè)額外的I/O引腳用于邏輯功能。 |
| ATF1508AS還有一個(gè)特性就是如果由于任何原因編程過程被中斷，則器件將被鎖定以防止輸入和I/O引腳被驅(qū)動(dòng)。在這種狀態(tài)下，輸入和I/O引腳缺省下為高阻狀態(tài)。在編程器件時(shí)，輸入和I/O引腳也將為高阻狀態(tài)。此外，引腳保持電路設(shè)置在器件編程期間將保持以前的狀態(tài)。ATF1508AS器件出廠時(shí)被初始化為已擦除狀態(tài)，可以直接用來(lái)ISP編程。 |
| 結(jié)束語(yǔ) |
| CPLD器件的優(yōu)勢(shì)在于縮短開發(fā)生產(chǎn)周期，現(xiàn)場(chǎng)靈活性好，而且隨著電子技術(shù)的發(fā)展，其集成度越來(lái)越高，速度越來(lái)越快，價(jià)格也逐漸降低，因此市場(chǎng)發(fā)展很快。ATMEL公司的ATF1508AS是高性能、高密度的復(fù)雜可編程邏輯器件，使用方便，具有很高的性價(jià)比，因此具有廣闊的應(yīng)用前景。 |
| 參考文獻(xiàn) |
| 1 ATMEL Corp. ATF1508AS Users Manual 2 ATMEL Corp. Designing for In-System Programmability with Atmel CPLDS 3 ATMEL Corp. Atmel PLD Frequently Asked Questions 4 Stefan Sjoholm，Lennart Lindh. 用VHDL設(shè)計(jì)電子線路. 北京：清華大學(xué)出版社，2000 5 PHILIPS Corp. PDIUSBD12 Users Manual 6. CPLD datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/CPLD_1136600.html. 7. ATF1508AS datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/ATF1508AS_1080450.html. 8. TTL datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/TTL_1174409.html. 9. ECL datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/ECL_2043152.html. 10 EPROM datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/EPROM_1128137.html. |
關(guān)鍵詞：基于CPLD的串并轉(zhuǎn)換和高速USB通信設(shè)計(jì)PDIUSBD12ATF1508AS
版權(quán)與免責(zé)聲明
凡本網(wǎng)注明“出處：維庫(kù)電子市場(chǎng)網(wǎng)”的所有作品，版權(quán)均屬于維庫(kù)電子市場(chǎng)網(wǎng)，轉(zhuǎn)載請(qǐng)必須注明維庫(kù)電子市場(chǎng)網(wǎng)，http://www.hbjingang.com，違反者本網(wǎng)將追究相關(guān)法律責(zé)任。
本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明自其它出處的作品，目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點(diǎn)或證實(shí)其內(nèi)容的真實(shí)性，不承擔(dān)此類作品侵權(quán)行為的直接責(zé)任及連帶責(zé)任。其他媒體、網(wǎng)站或個(gè)人從本網(wǎng)轉(zhuǎn)載時(shí)，必須保留本網(wǎng)注明的作品出處，并自負(fù)版權(quán)等法律責(zé)任。
如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)等問題，請(qǐng)?jiān)谧髌钒l(fā)表之日起一周內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系，否則視為放棄相關(guān)權(quán)利。
相關(guān)技術(shù)資料
- EDA技術(shù)工具鏈與全流程設(shè)計(jì)運(yùn)維指南2026/1/5 10:28:51
- PLC程序現(xiàn)場(chǎng)疑難問題排查與深度優(yōu)化指南2025/12/24 14:36:36
- PLC程序現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試與優(yōu)化實(shí)操指南2025/12/24 14:29:57
- 工業(yè)PLC模擬量信號(hào)采集：調(diào)理技術(shù)與抗干擾工程方案2025/12/15 14:39:08
- PLC設(shè)備如何選型2025/9/5 17:15:14
技術(shù)分類
廣告
熱門技術(shù)資料
最新技術(shù)資料
- 高速PCB信號(hào)完整性（SI）設(shè)計(jì)核心實(shí)操規(guī)范
- 鎖相環(huán)（PLL）中的環(huán)路濾波器：參數(shù)計(jì)算與穩(wěn)定性分析
- MOSFET反向恢復(fù)特性對(duì)系統(tǒng)的影響
- 電源IC在惡劣環(huán)境中的防護(hù)設(shè)計(jì)
- 連接器耐腐蝕性能測(cè)試方法
- PCB電磁兼容（EMC）設(shè)計(jì)與干擾抑制核心實(shí)操規(guī)范
- 用于相位噪聲測(cè)量的低通濾波器設(shè)計(jì)與本振凈化技術(shù)
- MOSFET在高頻開關(guān)中的EMI問題
- 電源IC在便攜式設(shè)備中的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
- 連接器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見問題分析
