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ACTEL FPGA 在便攜式系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

作者: 時間:2009-04-07 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

在上世紀(jì)最后的十年里,重復(fù)可編程邏輯器件大放異彩,在通信行也得到了廣泛的應(yīng)用,這一時期 競爭基本上集中在容量,性能, IO 標(biāo)準(zhǔn)方面。而在便攜應(yīng)用方面因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/FPGA">FPGA 的高昂的價格,驚人的功耗基本上很少應(yīng)用。

然而今天,隨著全球環(huán)境惡化, 能源緊缺,各種個人電子消費(fèi)產(chǎn)品便攜式設(shè)備如MP3播放器, GPS導(dǎo)航儀,個人移動電話 ,游戲機(jī)價格猛烈下降,大量進(jìn)入普通人家庭,能耗問題已變得日益重要,更由于產(chǎn)品平臺化,競爭日趨白熱化;產(chǎn)品生命周期的縮短,天文數(shù)字般的ASIC 掩模費(fèi)用,工藝改進(jìn)使得的功耗降到了可與傳統(tǒng)ASIC 相當(dāng)?shù)乃?,都使可編程器件在消費(fèi)電子產(chǎn)品中可能找到自己的位置,最近非易失可編程器件的市場領(lǐng)導(dǎo)公司愛特公司 (Actel) 推出了它的低功耗,低價格,小封裝的FPGA 產(chǎn)品 Nano IGLOO 和Nano ProASIC3 ,最低功耗為2uW,與競爭對手FPGA相比,功耗僅為其十五分之一。與此同時,封裝尺寸縮減至3mmx3mm,價格低于1美元,從而打破FPGA在消費(fèi)電子領(lǐng)域的最后一個障礙。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/192096.htm

那么可編程器件又是如何適應(yīng)在消費(fèi)電子中應(yīng)用呢?
 
通常都是電池供電的,電池壽命一直以來都是便攜式電子設(shè)備最重要的設(shè)計(jì)指標(biāo)之一,在過去的四十年間,半導(dǎo)體集成電路的發(fā)展基本上遵循摩爾定律,每十八個月電路容量提高一倍。對應(yīng)工藝的改進(jìn),每個電路單元的功耗也相應(yīng)減少一半。但由于電子設(shè)備功能的增加超過了功耗降低的速度,總體的來說,消費(fèi)電子的功耗變的越來越大,直到現(xiàn)在我們也看不出有什么因素能改變這一趨勢,但另一方面,電池技術(shù)的發(fā)展卻相對緩慢,電池的供電能力并沒有什么突飛猛進(jìn),十年前的手機(jī)的電池容量主流是700 mAhrs,今日大部分最新的手機(jī)電池是1250 mWhrs,但手機(jī)與過去相比,有 MP3、MPEG4 播放功能,有全球定位系統(tǒng),具有藍(lán)牙,有WI-FI,能上網(wǎng),能收發(fā)電子郵件,能看電子書,能瀏覽照片,能玩游戲,具有300萬像素的攝像頭。在可預(yù)知的未來,還有更多的功能將被集成進(jìn)來,因此我們只能從器件來改善,以在滿足不斷增加功能的條件下又能達(dá)到不低于過去的使用時間。

Actel Nano系列可編程器件,本身是非易失性器件,不需要常規(guī)的FPGA的上電配置(圖1),這減少了每次開關(guān)機(jī)時電路上電帶來的功率損失。


圖1

Actel Nano FPGA可工作在1.2V 或1.5V的內(nèi)核,1.2V 或1.5V 的輸入輸出端口可進(jìn)一步降低功耗,在其獨(dú)特的Flash*Freeze 模式下,功耗僅為2uW,同時能保留電路的內(nèi)部和端口電平狀態(tài)不變,而進(jìn)入和退出該模式僅需要1 us在該模式下,你無需圖2中的MOSFET 器件來關(guān)閉FPGA的內(nèi)核電壓,但可以獲得與關(guān)掉內(nèi)核幾乎同樣的節(jié)電效果。

圖2

對于大批量生產(chǎn)的消費(fèi)電子設(shè)備,PCB面積大小,組件清單的減少,器件單個價格直接影響著產(chǎn)品的競爭力,關(guān)系著產(chǎn)品的成敗, Actel FPGA器件不需要配置ROM, 不需要上電過程,在減少了組件清單的同時,也減少了PCB 面積,而其本身僅占用3mmx3mm;同時,它的低功耗又降低了對電源模塊以及系統(tǒng)散熱的要求。

消費(fèi)電子產(chǎn)品壽命的縮短,也給了FPGA用武之地,常規(guī)的手機(jī)芯片投放時間需要18個月左右,同時也需要數(shù)千萬美元的掩模費(fèi)用,而最近的統(tǒng)計(jì)表明,大部分中低端手機(jī)的壽命已縮短為6個月左右,一但用戶需要增加新的應(yīng)用,若原有的芯片集又沒有足夠的端口或資源來利用,客戶只能坐看機(jī)會喪失,然而通過 Nano FPGA,客戶就可能在原有芯片集設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,在兩個月內(nèi)很快的推出擁有新的性能的產(chǎn)品。

FPGA 可以很容易的實(shí)現(xiàn)手機(jī)或其它以下功能,如鍵盤掃描, LCD控制,GPIO 擴(kuò)展, 電平轉(zhuǎn)換, LED 控制,手機(jī)馬達(dá)控制,存儲端口擴(kuò)展,總線變換,邏輯膠合等,而所有這一切都可以不到一個美元來實(shí)現(xiàn)。

比如鍵盤掃描與常規(guī)的CPU 控制實(shí)現(xiàn)相比,不但很容易增加新的鍵盤按鍵,F(xiàn)PGA實(shí)現(xiàn)也大大減輕了CPU的負(fù)擔(dān),而且功耗更優(yōu)化。



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