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在系統可編程通用數字開關ispGDS14的原理及應用
摘要：介紹了Lattice公司生產的在系統可編程通用數字開關芯片ispGDS14的內部結構和性能特點，并通過實例說明了在GDS開發環境下對ispGDS14進行編程的方法。在系統可編程通用數字開關ｉｓｐＧＤＳ１４（ｉｎ ｓｙｓ-ｔｅｍ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇｅｎｅｒｉｃ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｗｉｔｃｈ）是Ｌａｔｔｉｃｅ公司生產的一種在系統可編程ＩＳＰ（Ｉｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｐｒｏ-ｇｒａｍｍａｂｉｌｉｔｙ）開關器件。其中ＩＳＰ技術是Ｌａｔｔｉｃｅ公司率先推出的一種新型在線可編程技術，該技術允許對器件、電路板、甚至整個電子系統的邏輯功能隨時進行調整或重新設計，這種調整或重新設計可以在產品設計、制造、以及使用的各個階段進行。
在系統可編程數字開關ｉｓｐＧＤＳ系列器件的出現標志著ＩＳＰ技術已經從系統邏輯領域擴展到了系統互連領域。這種ＩＳＰ技術和開關矩陣相結合的產物可在不撥動機械開關或不改變系統硬件的情況下，快速改變或重構印制電路板的連接關系；此外這種高速低功耗的可編程數字開關器件還具有各種矩陣尺寸和封裝形式，從而增加了系統的靈活性。本文重點介紹在系統可編程邏輯開關器件ｉｓｐＧＤＳ１４的原理結構及開發應用技術。
１ ｉｓｐＧＤＳ１４器件的結構特點
ｉｓｐＧＤＳ１４器件的陣列密度為７×７；系統速度為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編程。
１．１ ｉｓｐＧＤＳ１４的引腳功能
ｉｓｐＧＤＳ器件型號尾部的數字即表示該ＧＤＳ器件的Ｉ／Ｏ端數。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：串行數據輸入引腳；
ＳＤＯ：串行數據輸出引腳；
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器件的結構原理
ｉｓｐＧＤＳ１４的基本結構如圖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矩陣的編程操作。可編程開關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Ｓ閉合，信號從該引腳直接輸入到開關矩陣，并經過開關矩陣編程與另一個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Ｓ打開，此時來自另一個Ｉ／Ｏ單元的信號經開關矩陣送入該單元，然后經過驅動器將信號送入可編程四選一數據選擇器。可編程數據選擇器由編程信號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可編程三態控制門送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系，還可以隨時進行重新組合以真正實現在系統編程功能。下面通過實例介紹ｉｓｐＧＤＳ１４的編程方法。
圖５是由ｉｓｐＧＤＳ１４可編程開關陣列為系統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
當使用ｉｓｐＧＤＳ１４器件進行設計時，首先應在文本編輯器中建立ｉｓｐＧＤＳ設計源文件，該文件名的后綴為“．ｇｄｓ”。ｉｓｐＧＤＳ的設計源文件語法非常簡單，主要格式如下：
標題行：ＴＩＴＬＥ＝′字符串′；
說明行：以雙引號開始，雙引號或換行符結束；
定義器件：ＤＥＶＩＣＥ＝器件名；
定義管腳：ＰＩＮ輸出管腳標識符＝ＰＩＮ輸入管腳標識符；
對應于圖５電路的ｉｓｐＧＤＳ設計源文件如下：
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開發軟件對ＧＤＳ設計的源文件進行編譯，編譯通過后將生
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