СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 2010-8

30 / 82

Программируемые логические ин
тегральные схемы, представленные
сегодня на рынке, отличаются друг
от друга по многим параметрам, на
пример, технологией производства,
объёмом встроенной памяти, наличи
ем аппаратных умножителей и т.п.
Характеристики конкретной ПЛИС
определяют подходы к решению той
или иной задачи, однако существуют
области специального применения
ПЛИС.
РЕЖИМ FLASH*FREEZE
Программируемые логические ин
тегральные схемы корпорации Actel
семейств Igloo и ProASIC3L поддержи
вают режим низкого энергопотребле
ния Flash*Freeze. В этом режиме мик
росхемы потребляют чрезвычайно
низкую мощность, но не теряют дан
ные, сохранённые в регистрах и ОЗУ.
Микросхемы семейства Igloo nano по
ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ
30 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2010
Режим Flash*Freeze ПЛИС Actel
Евгений Котельников (Санкт Петербург)
Корпорация Actel поставляет ПЛИС, поддерживающие режим
микромощного потребления Flash*Freeze. Эта особенность, наряду
с мгновенным стартом микросхем, позволяет расширить область
применения ПЛИС Actel. В статье обсуждаются характеристики
ПЛИС, являющиеся ключевыми для применений в микромощной
аппаратуре.
зволяют независимо задавать состоя
ние любого выхода в этом режиме. На
выходе может быть состояние лог. 0
или лог. 1, которое было на момент пе
рехода в энергосберегающий режим,
или выход может переходить в высоко
импедансное состояние. Переход в
этот режим и выход из него происхо
дят почти мгновенно – менее чем за
1 мкс. Структурная схема ПЛИС при
ведена на рисунке 1.
Подача активного уровня на вывод
Flash*Freeze является сигналом пере
хода в низкопотребляющее состояние,
который, в зависимости от конфигу
рации, может произойти сразу либо
быть задержан матрицейПЛИС на вре
мя, необходимое для завершения не
отложных операций. Выход из режима
Flash*Freeze может осуществляться как
снятием внешнего сигнала, так и по
инициативе матрицыПЛИС. Посколь
ку потребление КМОП микросхем в
статическом режиме измеряется мик
роваттами, переход в низкопотребля
ющий режим осуществляется снятием
тактового сигнала внутри ПЛИС; при
этом содержимое всех регистров и па
мяти может сохраняться сколь угодно
долго.
Данные о потребляемой мощности
микросхем семейств Igloo в режиме
Flash*Freeze приведены в таблице. Вид
но, что младшие представители семей
ства чрезвычайно экономичны.
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
СВЕРХМАЛОПОТРЕБЛЯЮЩЕЙ
ЛОГИКИ
Как правило, потребление микро
схемне является решающимпри выбо
ре их для использования в том или
ином проекте, поскольку даже при
автономном питании это сводится к
определению требуемой ёмкости ба
тареи. Однако существуют области
применения, где низкая потребляемая
мощность имеет решающее значение.
Причём в последнее время номенкла
тура устройств, требующих микро
мощных ИС, стремительно расширя
ется, в том числе, за счёт удалённых
датчиков, питающиеся от нестандарт
ных источников энергии.
К нестандартным источникам энер
гии можно отнести преобразователи,
использующие естественные механи
ческие колебания, электромагнитные
поля, перепады температуры и слабые
световые потоки. Мощность таких ис
точников незначительна, поэтому тре
буется длительный период накопления
заряда в конденсаторе источника пи
тания перед непродолжительным пе
риодом активной работы датчика. Ис
пользование традиционных ПЛИС, из
готовленных по SRAM технологии, в
таких устройствах невозможно. Во
первых, после включения таких мик
росхем требуется некоторое время на
загрузку конфигурации, т.е. расходует
ся энергия, а полезные операции не
выполняются. Во вторых, при включе
нии таких микросхем происходит рез
кий скачок потребляемого тока (см.
рис. 2).
Это обусловлено тем, что ПЛИС на
основе SRAM хранят информацию о
конфигурации в ячейках памяти типа
SRAM (см. рис. 3). При включении пи
Внешний
вывод
Flash*Freeze
Core
Flash*Freeze
Матрица
ПЛИС
Рис. 1. Структурная схема ПЛИС, оснащённой
режимом Flash*Freeze
Бросок тока
при включении
SRAM (Idds)
Напряжение
питания
SRAM
Flash и Antifuse
Конфигурационный
ток SRAM (Idds)
Время Готов
Ток
Рис. 2. Временная диаграмма включения
различных типов ПЛИС
Выбор
бита
Выбор
бита
Выход А Выход А
SRAM Flash
Выход
Выбор слова
Программирование
Стирание
Считывание
Выбор
слова
Бит Вход
Flash
Ключ
Vcc Vcc
Плавающий
затвор
Рис. 3. Функциональные схемы конфигурационных ячеек Flash и SRAM
© СТА-ПРЕСС