在系统可编程通用数字开关ispGDS14的原理及应用

   摘要：介绍了Lattice公司生产的在系统可编程通用数字开关芯片ispGDS14的内部结构和性能特点，并通过实例说明了在GDS开发环境下对ispGDS14进行编程的方法。

    关键词：可编程；通用数字开关；ispGDS14

在系统可编程通用数字开关ｉｓｐＧＤＳ１４（ｉｎ ｓｙｓ-ｔｅｍ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇｅｎｅｒｉｃ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｗｉｔｃｈ）是Ｌａｔｔｉｃｅ公司生产的一种在系统可编程ＩＳＰ（Ｉｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｐｒｏ-ｇｒａｍｍａｂｉｌｉｔｙ）开关器件。其中ＩＳＰ技术是Ｌａｔｔｉｃｅ公司率先推出的一种新型在线可编程技术，该技术允许对器件、电路板、甚至整个电子系统的逻辑功能随时进行调整或重新设计，这种调整或重新设计可以在产品设计、制造、以及使用的各个阶段进行。

在系统可编程数字开关ｉｓｐＧＤＳ系列器件的出现标志着ＩＳＰ技术已经从系统逻辑领域扩展到了系统互连领域。这种ＩＳＰ技术和开关矩阵相结合的产物可在不拨动机械开关或不改变系统硬件的情况下，快速改变或重构印制电路板的连接关系；此外这种高速低功耗的可编程数字开关器件还具有各种矩阵尺寸和封装形式，从而增加了系统的灵活性。本文重点介绍在系统可编程逻辑开关器件ｉｓｐＧＤＳ１４的原理结构及开发应用技术。 

１　ｉｓｐＧＤＳ１４器件的结构特点

ｉｓｐＧＤＳ１４器件的阵列密度为７×７；系统速度为５０ＭＨｚ；引脚至引脚的最大延迟为７．５ｎｓ；器件采用ＰＤＩＰ或ＰＬＣＣ封装。在系统编程电源为＋５Ｖ时，无需另接编程高压。每片ｉｓｐＧＤＳ器件可保证一万次在系统编程。

１．１ ｉｓｐＧＤＳ１４的引脚功能

ｉｓｐＧＤＳ器件型号尾部的数字即表示该ＧＤＳ器件的Ｉ／Ｏ端数。ｉｓｐＧＤＳ１４的引脚图如图１所示，各引脚的功能如下：

ＭＯＤＥ：编程方式控制引脚；

ＳＤＩ：串行数据输入引脚；

ＳＤＯ：串行数据输出引脚；

ＳＣＬＫ：时钟引脚；

Ａ０～Ａ６、Ｂ０～Ｂ６：输入／输出引脚。

其中ＭＯＤＥ、ＳＤＩ、ＳＤＯ和ＳＣＬＫ均为编程控制信号。

１．２ ｉｓｐＧＤＳ１４器件的结构原理

ｉｓｐＧＤＳ１４的基本结构如图２所示。图中的左边及下边外围方框是Ｉ／Ｏ单元；中间是可编程开关矩阵；右边是编程控制电路，它通过电缆与计算机连接可完成对开关矩阵的编程操作。可编程开关矩阵的每一个交叉点都是可编程点，通过编程控制可以将不同的Ｉ／Ｏ单元相互连接起来。

ｉｓｐＧＤＳ１４器件的Ｉ／Ｏ单元如图３所示。如果定义该Ｉ／Ｏ引脚为输入端，则编程开关Ｓ闭合，信号从该引脚直接输入到开关矩阵，并经过开关矩阵编程与另一个Ｉ／Ｏ单元连接并输出；反之，若该Ｉ／Ｏ引脚定义为输出端，则编程开关Ｓ打开，此时来自另一个Ｉ／Ｏ单元的信号经开关矩阵送入该单元，然后经过驱动器将信号送入可编程四选一数据选择器。可编程数据选择器由编程信号Ｃ２、Ｃ１控制，可分别选择该信号的原变量、反变量、电源或地输出?最后再将四选一输出的信号经可编程三态控制门送Ｉ／Ｏ引脚输出。可编程控制端Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２的控制方式如图４所示。

２ ｉｓｐＧＤＳ１４器件的编程方法

通过对ｉｓｐＧＤＳ１４的编程，不但可以任意改变外部信号与ｉｓｐＬＳＩ引脚之间的相互连接关系，还可以随时进行重新组合以真正实现在系统编程功能。下面通过实例介绍ｉｓｐＧＤＳ１４的编程方法。

图５是由ｉｓｐＧＤＳ１４可编程开关阵列为系统提供丰富的时钟输入和键控功能的电路连接图。

２．１ 建立ＧＤＳ源文件

当使用ｉｓｐＧＤＳ１４器件进行设计时，首先应在文本编辑器中建立ｉｓｐＧＤＳ设计源文件，该文件名的后缀为“．ｇｄｓ”。ｉｓｐＧＤＳ的设计源文件语法非常简单，主要格式如下：

标题行：ＴＩＴＬＥ＝′字符串′；

说明行：以双引号开始，双引号或换行符结束；

定义器件：ＤＥＶＩＣＥ＝器件名；

定义管脚：ＰＩＮ输出管脚标识符＝ＰＩＮ输入管脚标识符；

对应于图５电路的ｉｓｐＧＤＳ设计源文件如下：

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，第一行为标题行；第二行为器件名称；双引号开始是说明语句，并以换行符结束；其它行是管脚定义。例如：ＰＩＮ １８ ＝ ＰＩＮ １０ 的含义是将１０管脚与１８管脚相连，其中１８管脚是输出端，１０管脚是输入端。而ＰＩＮ １＝Ｈ的含义则是将２０管脚固定为高电平。

２．２ ＧＤＳ文件编译

用ＧＤＳ开发软件对ＧＤＳ设计的源文件进行编译，编译通过后将生成后缀为“．ＪＥＤ”的熔丝图文件。当ＧＤＳ开发软件在ＤＯＳ环境下运行时，其操作方法如下：

（１）进入ＧＤＳ开发软件所在目录；

（２）执行ＧＤＳ的可执行文件ＧＤＳＭ，命令格式为：

Ｃ：＼ＧＤＳ＞ＧＤＳＭ ＃文件名 ＜回车＞

注意，此时文件名不带后缀。生成的“．ＪＥＤ”文件与ＧＤＳ源文件同名，但后缀不同。

２．３ ＧＤＳ下载编程

当“．ｇｄｓ”源文件和“．ＪＥＤ”熔丝图文件建立或生成之后，便可以用Ｌａｔｔｉｃｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ＩＤＣＤ下载软件将已产生的ＪＥＤＥＣ文件下载到ｉｓｐＧＤＳ芯片中。

３　结束语

采用ｉｓｐＧＤＳ系列器件进行系统设计时?用户在不实际移动电路板插件或拨动ＤＩＰ开关的情况下，用软件控制方式改变硬件配置，从而可有效地利用电路板空间降低费用，同时也提高了系统的可靠性，缩短了设计周期。