CoolRunner-II器件：输入／输出模块

[导读]输入／输出模块(I/O Block)用于实现功能模块与输入/输出引脚之间的连接。与其他厂家的CPLD相比，CoolRunner-II器件的输入/输出特性包括速度、功耗及接口标准等方面都有较大的改进和提高，特别是至少两个Bank的分块结

输入／输出模块(I/O Block)用于实现功能模块与输入/输出引脚之间的连接。与其他厂家的CPLD相比，CoolRunner-II器件的输入/输出特性包括速度、功耗及接口标准等方面都有较大的改进和提高，特别是至少两个Bank的分块结构(借鉴了FPGA的IOB结构)极大地提高了系统设计的灵活性。每个块有自己独立的工作电压和参考电源，可灵活地用于不同的接口标准。I/O Block结构如图1所示。任何一个输入/输出引脚都可以被配置成参考电源(VREF)输入引脚，以便适应SSTL2-1、SSTL3-1和HSTL-1接口标准（XC2C128以上器件）。作为参考电源的引脚可以由软件自动配置，也可以采用手工方式设置，该特性充分体现了CoolRunner-II的灵活特点。

图1 输入/输出模块结构

(1)在CoolRunner-II器件的输入/输出模块中，有一个高性能的可配置输入缓冲器，以支持尽可能宽的I/O标准。输入缓冲器能够兼容1.5V～3.3V的宽信号输入，同时也可以配置成简单的单端比较器，以支持HSTL和SSTL接口标准。另外，还有一个幅度达500mV的磁滞Hysteresis（施密特触发器）缓冲器，可有效地提高输入引脚抗噪声的能力和接收慢变化的信号。利用该磁滞Hysteresis缓冲器，还可以直接实现IR(红外线)信号接受器、霍尔效应开关、晶体振荡器输入、RC(阻容)振荡器及模拟信号比较器等，而不需增加其他辅助电路，如图2所示。

图2 CoolRunner-Ⅱ的磁滞Hysteresis缓冲器应用

（2）在输入/输出模块中，CoolRunner-II还有一个数据门(DataGATE)控制电路(XC2C128以上的器件)，如图3所示。该电路可以控制输入信号是否进入到器件内部。如果启用该功能，可以保护内部的逻辑电路和数据（数据寄存器内容为最后时刻存入的数据），并且降低器件的功耗，方便系统的调试。由于增加了该控制电路，所以CoolRunner-II还支持器件的热插入(Hot Plug)功能。

图3 CoolRunner-II的DataGATE控制电路

（3）输出缓冲器可以配置成上拉输出或漏极开路输出，此外还可提供总线保持（BusHold）电路。总线保持电路也称“弱监护”（Weak Keeper）电路，连接到每个输出引脚上。当该功能被启用之后，总线保持电路将监测引脚上的电压并弱驱动引脚到高电平或低电平，以匹配输入信号。总线保持电路相当于一个I/O脚的锁存器，它可以根据引脚上的当时状态，决定是拉高或拉低，并且阻止CoolRunner-II器件进入高阻状态。

（4）输入引脚的内部上拉（Pull-Up）为一个大约100 KΩ的电阻上拉到VCCIO电压上。在有些情况下，内部上拉的使用不一定合适，如当输入/输出脚与外部｀总线连接时总线上的信号大部分是处于下拉状态。但由于上拉电阻的原因，会有一个额外的电流存在，从而造成功耗的损失。对于这种情况，总线保持（Bus Hold）是最好的选择。

（5）CoolRunner-II支持以下接口标准。

■LVTTL：低压TTL标准，常用于3.3V的应用中。当选择该标准后，CoolRunner-II的输出缓冲器至少可输出2.4V电平。推荐的最大输入电平为3.9V。对该应用环境，VCCIO。必须为3.3V。如果小于3.3V，最大允许的输入电平还会降低。
■LVCMOS33：3.3V的低压CMOS标准，需要3.3V的工作电压(VCCIO)，最大输入电平与LVTTL标准相同。
■LVCMOS25：2.5V的低压CMOS标准，最大输出电平可达2.1V，最大输入电平为3.9V。该标准所需的工作电压(VCCI0)为2.5V。
■LVCMOS18：1.8V的低压CMOS标准，所需的工作电压(VCCIO)为1.8V。
■ 1.5V I/O：CoolRunner-II支持1.5V的单端信号标准，选择该标准时工作电压(VCCIO)应为1.5V。
■HSTL(High Speed Transceiver Logic)：高速收发逻辑标准(XC2C128以上的器件)，为1.5V的总线标准。当选择该标准后，需要一个0．15＼｜的参考电压（rREF）和1．5 V的工作电压（VCCIO）。该标准细分为4个等级，CoolRunner-II支持HSTL Class I。
■SSTL3(Stub Series Terrrtinated Logic for 3，3 V)：3.3V的短线串联端接逻辑标准（XC2Cl28以上的器件），该标准通常用于高速存储器接口总线标准，如SDRAM存储器接口等。该标准需要一个1.5V的参考电压（VREF）和3．3 V的工作电压（VCCIO）。SSTL3细分为Class-I和Class-Ⅱ的两个等级，CoolRunner-II支持SSTL3 Class-I。
■SSTL2(Stub Series Terminated Logic for 2．5 V)：2.5V的短线串联端接逻辑标准(XC2C128以上的器件)，通常用于高速存储器接口总线标准，如SDRAM存储器接口等。该标准需要一个1.25V的参考电压（VREF）和2.5V的工作电压(VCCIO)。SSTL2细分为两个等级，即Class-I和Class-II，CoolRunner-II支持SSTL2 Class-I。

（6)CooRunner-Ⅱ的输出缓冲器可以配置成漏极开路(Open-Drain)操作模式，选择该模式，输出只有高阻“z”和“0”龟平，通常需要外加一个上拉电阻，才能保证逻辑高电平。

（7)Coo1Runner-Ⅱ的所有输出都可以将输出摆率控制(Slew Rate Contro1)配置为快速率和慢速率输出模式。