Produkteigenschaften

Dokumente und Medien

Umwelt- und Exportklassifizierungen

MAX™ CPLD-Serie

Die Altera MAX™ Complex Programmable Logic Device (CPLD)-Serie bietet Ihnen CPLDs mit dem niedrigsten Stromverbrauch und den niedrigsten Kosten.Die MAX V CPLD-Familie, die neueste Familie der CPLD-Serie, bietet das beste Preis-Leistungs-Verhältnis auf dem Markt.Mit einer einzigartigen, nichtflüchtigen Architektur und einem der CPLDs mit der höchsten Dichte der Branche bieten MAX V-Geräte robuste neue Funktionen bei geringerer Gesamtleistung im Vergleich zu CPLDs der Konkurrenz.Die MAX II CPLD-Familie basiert auf derselben bahnbrechenden Architektur und bietet einen geringen Stromverbrauch und niedrige Kosten pro I/O-Pin.MAX II CPLDs sind sofort einsatzbereite, nichtflüchtige Geräte, die auf allgemeine Logik mit geringer Dichte und tragbare Anwendungen wie das Design von Mobiltelefonen ausgerichtet sind.Zero Power MAX IIZ CPLDs bieten die gleichen nichtflüchtigen, sofort betriebsbereiten Vorteile wie die MAX II CPLD-Familie und sind für eine Vielzahl von Funktionen anwendbar.Die EEPROM-basierte MAX 3000A CPLD-Familie wird in einem fortschrittlichen 0,30-µm-CMOS-Prozess hergestellt und bietet sofortige Einschaltfähigkeit und Dichten von 32 bis 512 Makrozellen.

MAX® V CPLDs

Altera MAX® V CPLDs bieten das branchenweit beste Preis-Leistungs-Verhältnis bei kostengünstigen CPLDs mit geringem Stromverbrauch und bieten robuste neue Funktionen bei bis zu 50 % geringerer Gesamtleistung im Vergleich zu CPLDs der Konkurrenz.Altera MAX V verfügt außerdem über eine einzigartige, nichtflüchtige Architektur und eines der CPLDs mit der höchsten Dichte der Branche.Darüber hinaus integriert der MAX V viele bisher externe Funktionen wie Flash, RAM, Oszillatoren und Phasenregelkreise und bietet in vielen Fällen mehr I/Os und Logik pro Footprint zum gleichen Preis wie CPLDs der Konkurrenz .Der MAX V nutzt eine umweltfreundliche Verpackungstechnologie mit Paketen von nur 20 mm2.MAX V CPLDs werden von der Quartus II® Software v.10.1 unterstützt, die Produktivitätssteigerungen ermöglicht, die zu einer schnelleren Simulation, einem schnelleren Platinenaufbau und einem schnelleren Timing-Abschluss führen.

Was ist ein CPLD (Complex Programmable Logic Device)?

Informationstechnologie, Internet und elektronische Chips bilden die Grundlage des modernen digitalen Zeitalters.Fast alle modernen Technologien verdanken ihre Existenz der Elektronik, vom Internet über die Mobilfunkkommunikation bis hin zu Computern und Servern.Elektronik ist ein weites Feld mitviele Unterzweige.In diesem Artikel erfahren Sie mehr über ein wichtiges digitales elektronisches Gerät namens CPLD (Complex Programmable Logic Device).

Entwicklung der digitalen Elektronik

Elektronikist ein komplexes Gebiet mit Tausenden von elektronischen Geräten und Komponenten.Im Großen und Ganzen lassen sich elektronische Geräte jedoch in zwei Hauptkategorien einteilen:analog und digital.

In den Anfängen der Elektronik waren die Schaltkreise analog, etwa Ton, Licht, Spannung und Strom.Elektronikingenieure stellten jedoch bald fest, dass analoge Schaltungen sehr komplex im Design und teuer sind.Die Forderung nach schneller Leistung und kurzen Umschlagszeiten führte zur Entwicklung digitaler Elektronik.Heutzutage enthält fast jedes existierende Computergerät digitale ICs und Prozessoren.In der Welt der Elektronik haben digitale Systeme aufgrund ihrer geringeren Kosten, ihres geringen Rauschens und ihrer besseren Qualität inzwischen die analoge Elektronik vollständig ersetztSignalintegrität, überlegene Leistung und geringere Komplexität.

Im Gegensatz zu einer unendlichen Anzahl von Datenebenen in einem analogen Signal besteht ein digitales Signal nur aus zwei logischen Ebenen (1 und 0).

Arten digitaler elektronischer Geräte

Die frühen digitalen elektronischen Geräte waren recht einfach und bestanden nur aus einer Handvoll Logikgattern.Mit der Zeit nahm jedoch die Komplexität digitaler Schaltkreise zu, sodass die Programmierbarkeit zu einem wichtigen Merkmal moderner digitaler Steuergeräte wurde.Es entstanden zwei verschiedene Klassen digitaler Geräte, um Programmierbarkeit zu ermöglichen.Die erste Klasse bestand aus festem Hardwaredesign mit umprogrammierbarer Software.Beispiele für solche Geräte sind Mikrocontroller und Mikroprozessoren.Die zweite Klasse digitaler Geräte verfügte über rekonfigurierbare Hardware, um ein flexibles Logikschaltungsdesign zu erreichen.Beispiele für solche Geräte sind FPGAs, SPLDs und CPLDs.

Ein Mikrocontroller-Chip verfügt über eine feste digitale Logikschaltung, die nicht geändert werden kann.Die Programmierbarkeit wird jedoch durch die Änderung der Software/Firmware erreicht, die auf dem Mikrocontroller-Chip läuft.Im Gegensatz dazu besteht ein PLD (Programmable Logic Device) aus mehreren Logikzellen, deren Verbindungen mithilfe einer HDL (Hardwarebeschreibungssprache) konfiguriert werden können.Daher können viele Logikschaltungen mit einem PLD realisiert werden.Aus diesem Grund sind PLDs hinsichtlich Leistung und Geschwindigkeit im Allgemeinen denen von Mikrocontrollern und Mikroprozessoren überlegen.PLDs bieten Schaltungsdesignern außerdem ein größeres Maß an Freiheit und Flexibilität.

Integrierte Schaltkreise zur digitalen Steuerung und Signalverarbeitung bestehen typischerweise aus einem Prozessor, einer Logikschaltung und einem Speicher.Jedes dieser Module kann mit unterschiedlichen Technologien realisiert werden.

Einführung in CPLD

Wie bereits erwähnt, gibt es verschiedene Arten von PLDs (programmierbaren Logikgeräten), beispielsweise FPGA, CPLD und SPLD.Der Hauptunterschied zwischen diesen Geräten liegt in der Komplexität der Schaltung und der Anzahl der verfügbaren Logikzellen.Ein SPLD besteht typischerweise aus einigen hundert Gattern, während ein CPLD aus einigen tausend Logikgattern besteht.

Hinsichtlich der Komplexität liegt CPLD (Complex Programmable Logic Device) zwischen SPLD (Simple Programmable Logic Device) und FPGA und erbt daher Funktionen von diesen beiden Geräten.CPLDs sind komplexer als SPLDs, aber weniger komplex als FPGAs.

Zu den am häufigsten verwendeten SPLDs gehören PAL (Programmable Array Logic), PLA (Programmable Logic Array) und GAL (Generic Array Logic).PLA besteht aus einer UND-Ebene und einer ODER-Ebene.Das Hardwarebeschreibungsprogramm definiert die Verbindung dieser Ebenen.

PAL ist PLA ziemlich ähnlich, allerdings gibt es nur eine programmierbare Ebene statt zwei (UND-Ebene).Durch die Fixierung einer Ebene verringert sich die Hardware-Komplexität.Allerdings geht dieser Vorteil auf Kosten der Flexibilität.

CPLD-Architektur

CPLD kann als Weiterentwicklung von PAL betrachtet werden und besteht aus mehreren PAL-Strukturen, die als Makrozellen bekannt sind.Im CPLD-Paket stehen jeder Makrozelle alle Eingangspins zur Verfügung, während jede Makrozelle über einen eigenen Ausgangspin verfügt.

Aus dem Blockdiagramm können wir erkennen, dass ein CPLD aus mehreren Makrozellen oder Funktionsblöcken besteht.Die Makrozellen sind über eine programmierbare Verbindung verbunden, die auch als GIM (Global Interconnection Matrix) bezeichnet wird.Durch Neukonfiguration des GIM können unterschiedliche Logikschaltungen realisiert werden.CPLDs interagieren mit der Außenwelt über digitale I/Os.

Unterschied zwischen CPLD und FPGA

In den letzten Jahren erfreuen sich FPGAs beim Entwurf programmierbarer digitaler Systeme großer Beliebtheit.Es gibt viele Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen CPLD und FPGA.Was die Ähnlichkeiten betrifft, handelt es sich bei beiden um programmierbare Logikgeräte, die aus Logikgatter-Arrays bestehen.Beide Geräte werden mit HDLs wie Verilog HDL oder VHDL programmiert.

Der erste Unterschied zwischen CPLD und FPGA liegt in der Anzahl der Gates.Ein CPLD enthält einige tausend Logikgatter, während die Anzahl der Gatter in einem FPGA Millionen erreichen kann.Daher können mit FPGAs komplexe Schaltungen und Systeme realisiert werden.Der Nachteil dieser Komplexität sind höhere Kosten.Daher eignen sich CPLDs besser für weniger komplexe Anwendungen.

Ein weiterer wesentlicher Unterschied zwischen diesen beiden Geräten besteht darin, dass CPLDs über einen integrierten nichtflüchtigen EEPROM (elektrisch löschbarer programmierbarer Direktzugriffsspeicher) verfügen, während FPGAs über einen flüchtigen Speicher verfügen.Aus diesem Grund kann ein CPLD seinen Inhalt auch im ausgeschalteten Zustand behalten, während ein FPGA seinen Inhalt nicht behalten kann.Darüber hinaus kann ein CPLD aufgrund des integrierten nichtflüchtigen Speichers sofort nach dem Einschalten den Betrieb aufnehmen.Die meisten FPGAs hingegen benötigen zum Start einen Bitstrom von einem externen nichtflüchtigen Speicher.

In Bezug auf die Leistung weisen FPGAs aufgrund der hochkomplexen Architektur in Kombination mit der benutzerdefinierten Programmierung des Benutzers eine unvorhersehbare Signalverarbeitungsverzögerung auf.Bei CPLDs ist die Pin-zu-Pin-Verzögerung aufgrund der einfacheren Architektur deutlich geringer.Die Signalverarbeitungsverzögerung ist ein wichtiger Gesichtspunkt beim Entwurf sicherheitskritischer und eingebetteter Echtzeitanwendungen.

Aufgrund höherer Betriebsfrequenzen und komplexerer Logikoperationen verbrauchen einige FPGAs möglicherweise mehr Strom als CPLDs.Daher ist das Wärmemanagement ein wichtiger Aspekt in FPGA-basierten Systemen.Aus diesem Grund verwenden FPGA-basierte Systeme häufig Kühlkörper und Lüfter und benötigen größere, komplexere Stromversorgungen und Verteilungsnetzwerke.

Aus Sicht der Informationssicherheit sind CPLDs sicherer, da der Speicher im Chip selbst integriert ist.Im Gegenteil erfordern die meisten FPGAs einen externen nichtflüchtigen Speicher, der eine Bedrohung für die Datensicherheit darstellen kann.Obwohl sich Datenverschlüsselungsalgorithmen in FPGAs befinden, sind CPLDs im Vergleich zu FPGAs von Natur aus sicherer.

Anwendungen von CPLD

CPLDs finden ihre Anwendung in vielen digitalen Steuer- und Signalverarbeitungsschaltungen niedriger bis mittlerer Komplexität.Zu den wichtigen Anwendungen gehören:

1. CPLDs können als Bootloader für FPGAs und andere programmierbare Systeme verwendet werden.
2. CPLDs werden häufig als Adressdecoder und benutzerdefinierte Zustandsautomaten in digitalen Systemen verwendet.
3. Aufgrund ihrer geringen Größe und ihres geringen Stromverbrauchs eignen sich CPLDs ideal für den Einsatz in tragbaren und mobilen GerätenHandhelddigitale Geräte.
4. CPLDs werden auch in sicherheitskritischen Steuerungsanwendungen eingesetzt.