L’uso dei Pld nelle applicazioni consumer

LOGICHE PROGRAMMABILI –

Le logiche programmabili MachXO2 sono pensate per applicazioni consumer a basso costo e basso consumo, e offrono vantaggi in termini di costi, consumo di potenza e integrazione a livello di sistema, a fronte di un ingombro ridotto.

L’esigenza di rispondere ai requisiti degli standard di mercato in continua evoluzione, all’interno di una finestra di time-to-market compressa, ha portato alla diffusione dell’uso dei dispositivi in logica programmabile in un’ampia gamma di applicazioni consumer. Mentre lo sviluppo dei circuiti integrati specifici per un’applicazione e dei componenti standard specifici di un’applicazione richiede alti oneri per attività di ingegnerizzazione non ricorrenti, i Pld sono componenti standard, che possono essere personalizzati per diverse applicazioni usando tool software flessibili.

Ridurre il budget di potenza
La riduzione della potenza statica è stata una sfida continua per i progettisti di applicazioni consumer. Per molte applicazioni alimentate a batterie, come gli smart phone, i dispositivi Gps, i computer portatili e le fotocamere digitali, la vita prolungata delle batterie è una delle caratteristiche più importanti per la differenziazione. I bassi consumi stanno diventando importanti anche per molti apparecchi elettronici alimentati da prese a muro, dato che i progettisti cercano di ottenere la conformità alle ultime normative EnergyStar ed al Codice di Condotta dell’Unione Europea. In molti sistemi consumer, i Pld possono estendere l’uso dell’attuale generazione di processori applicativi o di Cpu, fornendo funzioni avanzate di interfacciamento al bus e di indirizzamento dei segnali. Queste funzioni non presentano in genere requisiti di prestazioni molto spinti.  I Pld sono anche usati abitualmente per realizzare controllori di interfaccia uomo-macchina, controllori di display, controllori di interfaccia verso una memoria esterna e controllori Pwm . Come gli Fpga di alta fascia, i Pld a bassa densità ora presentano capacità I/O avanzate, incluso il supporto a diversi standard I/O, a banchi di I/O multipli e a più tensioni. Queste caratteristiche consentono di usare i Pld per realizzare le funzioni logiche di interconnessione fra Asic/Assp, memorie, processori e altri dispositivi che presentano spesso tensioni e standard I/O non corrispondenti fra loro. Il multiplexer grafico rappresenta un esempio ideale di Pld a basso costo e a bassa densità, usato per la logica di interconnessione avanzata. L’ultima tendenza nella gestione dell’alimentazione nei laptop e negli altri apparecchi portatili è l’iniziativa Intel Switchable Graphics. Il Multiplexer Grafico seleziona un controllore grafico in base ai requisiti dell’applicazione. La Gpu integrata a basso consumo è usata per applicazioni di routine come l’elaborazione dei testi, le email e la navigazione internet. La Gpu discreta ad alte prestazioni è usata per applicazioni ad alte prestazioni, come i giochi, l’editing video e la riproduzione di video in alta risoluzione. Il supporto agli standard I/O differenziali a bassa escursione del segnale, i blocchi di utilità e i Pll integrati consentono al Pld di interfacciarsi con i processori grafici, di eseguire algoritmi intelligenti di multiplexing per minimizzare od eliminare gli artefatti visivi nell’attivare e nel pilotare direttamente gli schermi Lcd. La famiglia di Pld MachXO2 di Lattice è ideale per le funzioni impiegate nelle applicazioni consumer sopra descritte. Combinando un’architettura ottimizzata a lookup table con la tecnologia di processo embedded Flash da 65 nm, i dispositivi MachXO2 forniscono un soluzione “universale” flessibile per i progetti consumer.

Package a basso costo
I dispositivi MachXO2 sono disponibili in un’ampia gamma di package a basso costo privi di alogeni. Le opzioni di package disponibili includono i Bga e i Tqfp a basso costo, oltre ai package avanzati di tipo chip scale wafer level e micro chip scale. Il package Bga include il minor numero possibile di strati per l’instradamento dei segnali, allo scopo di ridurre il costo complessivo del package. Questi package sono progettati di modo che tutte le connessioni I/O e di alimentazione si suddividono in due fino a quattro strati di piste su Pcb. In questo modo si evita l’uso di tecniche di fabbricazione più costose, come i fori di via sepolti o ciechi e i fori di via praticati con laser. Sui package dei dispositivi MachXO2 l’assegnazione degli I/O è stata realizzata per consentire la migrazione verso altre densità mantenendo lo stesso package. Questo consente di utilizzare la stessa scheda anche a fronte di possibili modifiche del progetto, che richiedono un dispositivo MachXO2 più grande o più piccolo.

Un grado superiore di integrazione
Un singolo dispositivo MachXO2 che integra della logica discreta come le espansioni I/O, i traslatori di livello e di bus, i regolatori di tensione, le sorgenti di temporizzazione e i dispositivi di configurazione, il tutto in un unico dispositivo. I dispositivi MachXO2 includono fino a 256Kbit di memoria Flash embedded. Questa memoria Flash utente incorporata consente ai dispositivi MachXO2 di integrare la memoria non volatile esterna, e può essere usata per una varietà di applicazioni, inclusa la memorizzazione di una porzione dell’immagine di configurazione, l’archiviazione dei dati della Prom, o l’utilizzo come memoria Flash utente di uso generale. I dispositivi MachXO2 sono anche dotati di un oscillatore interno con un’accuratezza nominale di +/- 5%, che può essere usato come sorgente di temporizzazione all’interno di un progetto, eliminando la necessità di un oscillatore esterno.

Funzioni Spi, I2C e temporizzatore/contatore su silicio
I controllori Spi e I2C e i temporizzatori/contatori sono fra le funzioni realizzate più comunemente nei progetti consumer. I progettisti spesso mettono a punto l’interfaccia Spi o l’espansione bus I2C all’interno dei Pld. I temporizzatori/contatori sono anche usati di frequente per generare i segnali di stato. Tutti i dispositivi MachXO2 includono delle realizzazioni sintetizzate su silicio di queste funzioni di uso comune. Con le funzioni I2C, Spi e temporizzatore/contatore sintetizzate su silicio, i progettisti possono risparmiare fino a 600 Lut per poter realizzare ulteriori funzioni logiche all’interno dei propri progetti.

Bassi consumi legati alla non volatilità
Oltre alla potenza statica e dinamica esiste un ulteriore componente di potenza legato ai picchi di corrente e alla configurazione. Si tratta della potenza consumata durante l’accensione e la configurazione, prima che l’Fpga entri in modalità utente. La potenza dissipata è proporzionale al tempo richiesto per entrare in modalità utente. Nel determinare i requisiti di alimentazione, i progettisti di schede devono tenere conto di questo ulteriore contributo alla potenza consumata. Molti sistemi consumer sono progettati di modo che l’Fpga o il Pld abbia cicli di on/off frequenti. Questo comportamento del sistema peggiora la dissipazione di potenza aggiuntiva a causa dei frequenti cicli di on/off. Grazie alla loro natura intrinseca (ossia di Pld dotati di memoria di configurazione on-chip), i dispositivi MachXO2 possono configurarsi nel giro di microsecondi, minimizzando la dissipazione di potenza durante il picco di corrente e durante la configurazione. 

Tool di progettazione gratuiti
I progettisti possono iniziare a progettare con i dispositivi MachXO2 usando il software Diamond v1.2, che può essere scaricato gratuitamente dal sito web di Lattice. Dal sito web di Lattice, è possibile scaricare gratuitamente un insieme completo di progetti di riferimento ottimizzati per le applicazioni consumer. Questi includono il microcontrollore LatticeMico8, le periferiche come l’Uart, il master/slave I2C, il master/slave Spi, il controllore I2S e diversi controllori di memoria Flash. Il sorgente dei progetti di riferimento, che include l’Hdl e il firmware, può essere modificato in relazione ai requisiti dell’applicazione.

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