ACTEL FPGA在便攜式系統(tǒng)中的應用分析
在上世紀最后的十年里,重復可編程邏輯器件大放異彩,在通信行也得到了廣泛的應用,這一時期FPGA 競爭基本上集中在容量,性能, IO 標準方面。而在便攜應用方面因為FPGA 的高昂的價格,驚人的功耗基本上很少應用。
然而今天,隨著全球環(huán)境惡化, 能源緊缺,各種個人電子消費產品便攜式設備如MP3播放器, GPS導航儀,個人移動電話 ,游戲機價格猛烈下降,大量進入普通人家庭,能耗問題已變得日益重要,更由于產品平臺化,競爭日趨白熱化;產品生命周期的縮短,天文數字般的ASIC 掩模費用,工藝改進使得FPGA的功耗降到了可與傳統(tǒng)ASIC 相當的水平,都使可編程器件在消費電子產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導公司愛特公司 (ACTEL) 推出了它的低功耗,低價格,小封裝的FPGA 產品 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在消費電子領域的最后一個障礙。
那么可編程器件又是如何適應在消費電子中應用呢?
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備最重要的設計指標之一,在過去的四十年間,半導體集成電路的發(fā)展基本上遵循摩爾定律,每十八個月電路容量提高一倍。對應工藝的改進,每個電路單元的功耗也相應減少一半。但由于電子設備功能的增加超過了功耗降低的速度,總體的來說,消費電子的功耗變的越來越大,直到現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,十年前的手機的電池容量主流是700 mAhrs,今日大部分最新的手機電池是1250 mWhrs,但手機與過去相比,有 MP3、MPEG4 播放功能,有全球定位系統(tǒng),具有藍牙,有WI-FI,能上網,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。在可預知的未來,還有更多的功能將被集成進來,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),這減少了每次開關機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的內核,1.2V 或1.5V 的輸入輸出端口可進一步降低功耗,在其獨特的Flash*Freeze 模式下,功耗僅為2uW,同時能保留電路的內部和端口電平狀態(tài)不變,而進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 器件來關閉FPGA的內核電壓,但可以獲得與關掉內核幾乎同樣的節(jié)電效果。
圖2
對于大批量生產的消費電子設備,PCB面積大小,組件清單的減少,器件單個價格直接影響著產品的競爭力,關系著產品的成敗, 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。
消費電子產品壽命的縮短,也給了FPGA用武之地,常規(guī)的手機芯片投放時間需要18個月左右,同時也需要數千萬美元的掩模費用,而最近的統(tǒng)計表明,大部分中低端手機的壽命已縮短為6個月左右,一但用戶需要增加新的應用,若原有的芯片集又沒有足夠的端口或資源來利用,客戶只能坐看機會喪失,然而通過 Nano FPGA,客戶就可能在原有芯片集設計的基礎上,在兩個月內很快的推出擁有新的性能的產品。
FPGA 可以很容易的實現手機或其它便攜式系統(tǒng)以下功能,如鍵盤掃描, LCD控制,GPIO 擴展, 電平轉換, LED 控制,手機馬達控制,存儲端口擴展,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現。
比如鍵盤掃描與常規(guī)的CPU 控制實現相比,不但很容易增加新的鍵盤按鍵,FPGA實現也大大減輕了CPU的負擔,而且功耗更優(yōu)化。
來源:風中的葉子0次