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在系統(tǒng)可編程通用數(shù)字開關(guān)ispGDS14的原理及應(yīng)用
摘要：介紹了Lattice公司生產(chǎn)的在系統(tǒng)可編程通用數(shù)字開關(guān)芯片ispGDS14的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性能特點，并通過實例說明了在GDS開發(fā)環(huán)境下對ispGDS14進行編程的方法。在系統(tǒng)可編程通用數(shù)字開關(guān)ｉｓｐＧＤＳ１４（ｉｎ ｓｙｓ-ｔｅｍ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇｅｎｅｒｉｃ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｗｉｔｃｈ）是Ｌａｔｔｉｃｅ公司生產(chǎn)的一種在系統(tǒng)可編程ＩＳＰ（Ｉｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｐｒｏ-ｇｒａｍｍａｂｉｌｉｔｙ）開關(guān)器件。其中ＩＳＰ技術(shù)是Ｌａｔｔｉｃｅ公司率先推出的一種新型在線可編程技術(shù)，該技術(shù)允許對器件、電路板、甚至整個電子系統(tǒng)的邏輯功能隨時進行調(diào)整或重新設(shè)計，這種調(diào)整或重新設(shè)計可以在產(chǎn)品設(shè)計、制造、以及使用的各個階段進行。
在系統(tǒng)可編程數(shù)字開關(guān)ｉｓｐＧＤＳ系列器件的出現(xiàn)標(biāo)志著ＩＳＰ技術(shù)已經(jīng)從系統(tǒng)邏輯領(lǐng)域擴展到了系統(tǒng)互連領(lǐng)域。這種ＩＳＰ技術(shù)和開關(guān)矩陣相結(jié)合的產(chǎn)物可在不撥動機械開關(guān)或不改變系統(tǒng)硬件的情況下，快速改變或重構(gòu)印制電路板的連接關(guān)系；此外這種高速低功耗的可編程數(shù)字開關(guān)器件還具有各種矩陣尺寸和封裝形式，從而增加了系統(tǒng)的靈活性。本文重點介紹在系統(tǒng)可編程邏輯開關(guān)器件ｉｓｐＧＤＳ１４的原理結(jié)構(gòu)及開發(fā)應(yīng)用技術(shù)。
１ ｉｓｐＧＤＳ１４器件的結(jié)構(gòu)特點
ｉｓｐＧＤＳ１４器件的陣列密度為７×７；系統(tǒng)速度為５０ＭＨｚ；引腳至引腳的最大延遲為７．５ｎｓ；器件采用ＰＤＩＰ或ＰＬＣＣ封裝。在系統(tǒng)編程電源為＋５Ｖ時，無需另接編程高壓。每片ｉｓｐＧＤＳ器件可保證一萬次在系統(tǒng)編程。
１．１ ｉｓｐＧＤＳ１４的引腳功能
ｉｓｐＧＤＳ器件型號尾部的數(shù)字即表示該ＧＤＳ器件的Ｉ／Ｏ端數(shù)。ｉｓｐＧＤＳ１４的引腳圖如圖１所示，各引腳的功能如下：
ＭＯＤＥ：編程方式控制引腳；
ＳＤＩ：串行數(shù)據(jù)輸入引腳；
ＳＤＯ：串行數(shù)據(jù)輸出引腳；
ＳＣＬＫ：時鐘引腳；
Ａ０～Ａ６、Ｂ０～Ｂ６：輸入／輸出引腳。
其中ＭＯＤＥ、ＳＤＩ、ＳＤＯ和ＳＣＬＫ均為編程控制信號。
１．２ ｉｓｐＧＤＳ１４器件的結(jié)構(gòu)原理
ｉｓｐＧＤＳ１４的基本結(jié)構(gòu)如圖２所示。圖中的左邊及下邊外圍方框是Ｉ／Ｏ單元；中間是可編程開關(guān)矩陣；右邊是編程控制電路，它通過電纜與計算機連接可完成對開關(guān)矩陣的編程操作。可編程開關(guān)矩陣的每一個交叉點都是可編程點，通過編程控制可以將不同的Ｉ／Ｏ單元相互連接起來。
ｉｓｐＧＤＳ１４器件的Ｉ／Ｏ單元如圖３所示。如果定義該Ｉ／Ｏ引腳為輸入端，則編程開關(guān)Ｓ閉合，信號從該引腳直接輸入到開關(guān)矩陣，并經(jīng)過開關(guān)矩陣編程與另一個Ｉ／Ｏ單元連接并輸出；反之，若該Ｉ／Ｏ引腳定義為輸出端，則編程開關(guān)Ｓ打開，此時來自另一個Ｉ／Ｏ單元的信號經(jīng)開關(guān)矩陣送入該單元，然后經(jīng)過驅(qū)動器將信號送入可編程四選一數(shù)據(jù)選擇器。可編程數(shù)據(jù)選擇器由編程信號Ｃ２、Ｃ１控制，可分別選擇該信號的原變量、反變量、電源或地輸出?最后再將四選一輸出的信號經(jīng)可編程三態(tài)控制門送Ｉ／Ｏ引腳輸出。可編程控制端Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２的控制方式如圖４所示。
２ ｉｓｐＧＤＳ１４器件的編程方法
通過對ｉｓｐＧＤＳ１４的編程，不但可以任意改變外部信號與ｉｓｐＬＳＩ引腳之間的相互連接關(guān)系，還可以隨時進行重新組合以真正實現(xiàn)在系統(tǒng)編程功能。下面通過實例介紹ｉｓｐＧＤＳ１４的編程方法。
圖５是由ｉｓｐＧＤＳ１４可編程開關(guān)陣列為系統(tǒng)提供豐富的時鐘輸入和鍵控功能的電路連接圖。
２．１ 建立ＧＤＳ源文件
當(dāng)使用ｉｓｐＧＤＳ１４器件進行設(shè)計時，首先應(yīng)在文本編輯器中建立ｉｓｐＧＤＳ設(shè)計源文件，該文件名的后綴為“．ｇｄｓ”。ｉｓｐＧＤＳ的設(shè)計源文件語法非常簡單，主要格式如下：
標(biāo)題行：ＴＩＴＬＥ＝′字符串′；
說明行：以雙引號開始，雙引號或換行符結(jié)束；
定義器件：ＤＥＶＩＣＥ＝器件名；
定義管腳：ＰＩＮ輸出管腳標(biāo)識符＝ＰＩＮ輸入管腳標(biāo)識符；
對應(yīng)于圖５電路的ｉｓｐＧＤＳ設(shè)計源文件如下：
ＴＩＴＬＥ＝′ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｂｏａｒｄ′
ＤＥＶＩＣＥ＝ｉｓｐＧＤＳ１４
＂Ｂ０ＣＬＫ＝６４Ｈｚ
ＰＩＮ １９＝ＰＩＮ ２０
＂ＣＬＯＣＫ ＳＥＬＥＣＴ ＣＯＤＥ＝５Ｈ＝１０１Ｂ
ＰＩＮ １＝Ｈ
ＰＩＮ ２＝Ｌ
ＰＩＮ ３＝Ｈ
＂ ＫＥＹ１ ＫＥＹ２ ＫＥＹ３ ＫＥＹ４
ＰＩＮ １２＝ＰＩＮ ６
ＰＩＮ １３＝ＰＩＮ ８
ＰＩＮ １６＝ＰＩＮ ９
ＰＩＮ １８＝ＰＩＮ １０
以上文件中，第一行為標(biāo)題行；第二行為器件名稱；雙引號開始是說明語句，并以換行符結(jié)束；其它行是管腳定義。例如：ＰＩＮ １８ ＝ ＰＩＮ １０ 的含義是將１０管腳與１８管腳相連，其中１８管腳是輸出端，１０管腳是輸入端。而ＰＩＮ １＝Ｈ的含義則是將２０管腳固定為高電平。
２．２ ＧＤＳ文件編譯
用ＧＤＳ開發(fā)軟件對ＧＤＳ設(shè)計的源文件進行編譯，編譯通過后將生
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