采用莱迪思MachXO将系统控制产品快速推向市场

使用可编程逻辑器件(PLD)实现系统控制功能,可以帮助设计人员加快产品上市时间，降低系统成本、减少电路板面积，以确保产品的高层次差异化。莱迪思的MachXO可编程逻辑器件系列不仅保留了前几代CPLD的瞬时上电、单片和高速的优点，还增加了分布式存贮器、低待机功耗睡眠模式以及通过特有的TransFR 技术来透明地更新逻辑配置的功能。

该系列在单一器件中集成了嵌入式存储器、锁相环 、高性能LVDS I / O接口、 远程现场升级（TransFR技术）以及低功耗睡眠模式，可以在单个3.3 V电源电压下进行工作。采用莱迪思MachXO可编程逻辑器件，设计人员能够实现多种解决方案，诸如温度测量、电流监测、电源时序，风扇控制和保持环境数据记录，广泛应用在通讯、无线基础设施、高端计算机，工业和医疗等领域。

提升系统可靠性的热管理措施

可编程逻辑器件非常适合反馈控制操作，因为它们能够在系统启动时，精确地控制上电；同时针对监测和控制许多信号到多个器件，拥有大量的I/O。设计人员使用先进的可编程技术在设计中控制功耗和温度，如根据系统的负载和工作条件动态调整频率、电压和的气流，可以有效降低整个系统的总功耗，因此提高整个系统的可靠性。　

例如，要实现基于温度的风扇控制，将莱迪思的MachXO可编程逻辑器件与I2C温度和PWM控制器参考设计和一个 MOSFET相结合，可以控制风扇转速，在系统内进行温度调节，而不需要外部的传感器。

图1使用MachXO可编程逻辑器件实现风扇控制
图1使用MachXO可编程逻辑器件实现风扇控制

使用PLD监测环境条件

除了有效地管理功耗，频率和气流之外，监测和记录环境情况如温度和电压有很多好处。这些变量的变化能对可能发生的故障进行预警。发生故障之后，在调试和维修时这些信息是有用的。许多制造商也使用这些数据来确定保险设置是否合理。

可编程逻辑器件与混合信号可编程逻辑器件和SPI闪存器件为记录环境变量提供了一个解决方案，如温度和电压。系统可以被设计为连续地记录数据，或只有当已经超出预定限度时才记录数据。图2展示了使用可编程逻辑器件的故障记录设计方框图。在这个例子中，可以通过串行口查询故障记录。 　

图2用可编程逻辑器件记录环境数据
图2用可编程逻辑器件记录环境数据

使用PLD增强可制造性和可测性

设计人员通常一次测试一块板上的JTAG链路。然而，多层板支持高级功能，这对测试长链路带来了挑战，一个链路上的失败会导致整个系统变得不可测。此外，试图平衡不同器件之间的相偏和电压的走线是很难实现的。

通过使用一些可编程逻辑器件供应商提供的可下载的BSCAN连接器参考设计，设计人员可以分割长的JTAG链并隔离故障。简化电路板上的走线，也可以很容易地实现不同链路之间的电平转换。这样简化了复杂系统的测试，结果导致极低的成本，无风险的设计。 　

图3展示了在莱迪思的 MachXO可编程逻辑器件中用BSCAN2连接器分割JTAG链的参考设计的实例。在这个例子中，一个FPGA，一个CPLD和一个ASIC器件构成了一个3.3V链路。由一个ASIC和另外一个FPGA组成的更低电压的1.8V链是第二个链路。第三个链路有处理器，特别与其他的器件相隔离。　

本例中的最后一个链路是用来隔离一个ASIC器件，它用于一些特殊的要求或限制。在定义链路的分割之后，按此进行连接，通过BSCAN2配置寄存器控制，现在可以配置整个链路。这样就可以启用任何子链路。

图3使用PLD来分割长的JTAG BSCAN链
图3使用PLD来分割长的 JTAG BSCAN链

设计人员通常使用分立的ADC以监测各种传感器和系统的电源电压幅度。使用增量累加ADC是高效和节约成本的途径，取代了电路板上的分立ADC并监测电路板上的电压波动。该设计可以用可编程逻辑器件来实现。设计人员可以修改参数值来定义位的精度和调整 ADC的采样率。图4展示了可编程逻辑器件如何用于实现采用增量累加ADC的电压监控。

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图4　使用PLD和增量累加ADC实现电压监测

MachXO 远程升级减少系统停机时间

系统制造商正面临越来越大的压力，要求提高系统的运行时间。可编程逻辑器件为设计人员提供了灵活性，以应对不断变化的标准、修正差错、对现有设备进行升级，以及尽可能地减少系统的停机时间。

通过使用闪存，可以在后台对一些可编程逻辑器件进行编程，同时这个器件仍然继续工作。该器件的SRAM控制器件的配置，而Flash以后台模式进行更新。在器件编程期间，通常保持I/O的状态，以便同时从SRAM至闪存更新逻辑，实施无缝的过渡。新的配置文件可以被加载到SRAM逻辑，能够远程实施现场升级，并尽量减少系统的停机时间。例如使用莱迪思的MachXO PLD，也可以切换睡眠引脚（SLEEPN）以加载新的配置文件到SRAM的逻辑，而不必循环开关电源。在功耗敏感的应用中，睡眠脚也是有用的，可以控制关闭电源或使器件处于休眠模式。使用睡眠引脚时，MachXO可编程逻辑器件的静态功耗小于100微安。

图5使用MachXO可编程逻辑器件的TransFR操作
图5使用 MachXO可编程逻辑器件的TransFR操作

开发套件和参考设计

开发套件和参考设计为用可编程逻辑器件进行系统控制设计的样机研制提供了一个综合平台。有些可编程逻辑器件供应商提供演示电路板控制功能的预装载设计。例如，莱迪思的MachXO控制开发提供了采用MachXO可编程逻辑器件来实现的一个片上预装载的控制系统（控制SoC）设计，且与Power Manager II POWR1014A电源管理器和8位微控制器LatticeMico8一起工作，电路板控制功能包括如风扇转速控制、温度监测、LCD控制、电源监控和复位分配，

使用控制SoC设计，设计人员可以在几分钟内测试板的控制功能，然后使用免费下载的源代码参考设计构建自己的设计，在不到一个小时的时间内实现这些功能。

图6 MachXO控制开发套件和评估板框图
图6 MachXO控制开发套件和评估板框图

针对控制和接口桥接功能而优化的参考设计可以从可编程逻辑器件供应商的网站上免费下载。这些参考设计包括最流行的协议和连接标准，如I2C、SPI、UART、PCI，电源故障记录仪和增量累加ADC。包括HDL，固件和设计工具的参考设计可以根据应用的要求进行修改。

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