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Série CPLD MAX™

A série de dispositivos lógicos programáveis ​​complexos (CPLD) Altera MAX™ fornece CPLDs com menor consumo de energia e menor custo.A família MAX V CPLD, a mais nova família da série CPLD, oferece o melhor valor do mercado.Apresentando uma arquitetura exclusiva e não volátil e um dos CPLDs de maior densidade do setor, os dispositivos MAX V oferecem novos recursos robustos com menor potência total em comparação com CPLDs concorrentes.A família MAX II CPLD, baseada na mesma arquitetura inovadora, oferece baixo consumo de energia e baixo custo por pino de E/S.Os CPLDs MAX II são dispositivos não voláteis e de ligação instantânea que visam aplicações lógicas e portáteis de uso geral e de baixa densidade, como design de aparelhos celulares.Os CPLDs MAX IIZ de potência zero oferecem as mesmas vantagens não voláteis e instantâneas encontradas na família de CPLD MAX II e são aplicáveis ​​a uma ampla gama de funções.Fabricada em um processo CMOS avançado de 0,30 µm, a família MAX 3000A CPLD baseada em EEPROM oferece capacidade de ativação instantânea e densidades de 32 a 512 macrocélulas.

CPLDs MAX® V

Os CPLDs Altera MAX® V oferecem o melhor valor do setor em CPLDs de baixo custo e baixo consumo de energia, oferecendo novos recursos robustos com potência total até 50% menor quando comparados aos CPLDs concorrentes.O Altera MAX V também apresenta uma arquitetura única e não volátil e um dos CPLDs de maior densidade do setor.Além disso, o MAX V integra muitas funções que antes eram externas, como flash, RAM, osciladores e loops de bloqueio de fase e, em muitos casos, oferece mais E/S e lógica por área ocupada pelo mesmo preço que CPLDs concorrentes .O MAX V utiliza tecnologia de embalagem verde, com embalagens de até 20 mm2.Os CPLDs MAX V são suportados pelo software Quartus II® v.10.1, que permite melhorias de produtividade, resultando em simulação mais rápida, ativação mais rápida da placa e fechamento de temporização mais rápido.

O que é um CPLD (Dispositivo de Lógica Programável Complexa) 

A tecnologia da informação, a Internet e os chips eletrônicos servem de base para a era digital moderna.Quase todas as tecnologias modernas devem a sua existência à eletrónica, desde a Internet e a comunicação celular até computadores e servidores.A eletrônica é um campo vasto commuitos sub-ramos.Este artigo irá ensiná-lo sobre um dispositivo eletrônico digital essencial conhecido como CPLD (Complex Programmable Logic Device).

Evolução da Eletrônica Digital

Eletrônicosé um campo complexo com milhares de dispositivos e componentes eletrônicos existentes.No entanto, de modo geral, os dispositivos eletrônicos estão em duas categorias principais:analógico e digital.

Nos primórdios da tecnologia eletrônica, os circuitos eram análogos, como som, luz, tensão e corrente.No entanto, os engenheiros eletrônicos logo descobriram que os circuitos analógicos são altamente complexos de projetar e caros.A demanda por desempenho rápido e tempos de entrega rápidos levou ao desenvolvimento da eletrônica digital.Hoje, quase todos os dispositivos de computação existentes incorporam ICs e processadores digitais.No mundo da eletrônica, os sistemas digitais substituíram completamente a eletrônica analógica devido ao seu menor custo, baixo ruído e melhorIntegridade do Sinal, desempenho superior e menor complexidade.

Ao contrário de um número infinito de níveis de dados num sinal analógico, um sinal digital consiste apenas em dois níveis lógicos (1s e 0s).

Tipos de dispositivos eletrônicos digitais

Os primeiros dispositivos eletrônicos digitais eram bastante simples e consistiam apenas em algumas portas lógicas.No entanto, com o tempo, a complexidade dos circuitos digitais aumentou e a programabilidade tornou-se uma característica importante dos modernos dispositivos de controle digital.Duas classes diferentes de dispositivos digitais surgiram para fornecer programabilidade.A primeira aula consistiu em projeto de hardware fixo com software reprogramável.Exemplos de tais dispositivos incluem microcontroladores e microprocessadores.A segunda classe de dispositivos digitais apresentava hardware reconfigurável para obter um projeto de circuito lógico flexível.Exemplos de tais dispositivos incluem FPGAs, SPLDs e CPLDs.

Um chip microcontrolador apresenta um circuito lógico digital fixo que não pode ser modificado.No entanto, a programabilidade é alcançada alterando o software/firmware executado no chip microcontrolador.Pelo contrário, um PLD (dispositivo lógico programável) consiste em múltiplas células lógicas cujas interconexões podem ser configuradas usando um HDL (linguagem de descrição de hardware).Portanto, muitos circuitos lógicos podem ser realizados usando um PLD.Devido a isso, o desempenho e a velocidade dos PLDs são geralmente superiores aos dos microcontroladores e microprocessadores.Os PLDs também fornecem aos projetistas de circuitos um maior grau de liberdade e flexibilidade.

Os circuitos integrados destinados ao controle digital e processamento de sinais normalmente consistem em processador, circuito lógico e memória.Cada um destes módulos pode ser realizado utilizando diferentes tecnologias.

Introdução ao CPLD

Conforme discutido anteriormente, existem vários tipos diferentes de PLDs (dispositivos lógicos programáveis), como FPGA, CPLD e SPLD.A principal diferença entre esses dispositivos está na complexidade do circuito e no número de células lógicas disponíveis.Um SPLD normalmente consiste em algumas centenas de portas, enquanto um CPLD consiste em alguns milhares de portas lógicas.

Em termos de complexidade, o CPLD (dispositivo lógico programável complexo) fica entre o SPLD (dispositivo lógico programável simples) e o FPGA e, portanto, herda recursos de ambos os dispositivos.CPLDs são mais complexos que SPLDs, mas menos complexos que FPGAs.

Os SPLDs mais usados ​​incluem PAL (lógica de matriz programável), PLA (matriz lógica programável) e GAL (lógica de matriz genérica).PLA consiste em um plano AND e um plano OR.O programa de descrição de hardware define a interligação destes planos.

PAL é bastante semelhante ao PLA, porém, há apenas um plano programável em vez de dois (plano AND).Ao consertar um plano, a complexidade do hardware é reduzida.No entanto, este benefício é alcançado à custa da flexibilidade.

Arquitetura CPLD

O CPLD pode ser considerado uma evolução do PAL e consiste em múltiplas estruturas PAL conhecidas como macrocélulas.No pacote CPLD, todos os pinos de entrada estão disponíveis para cada macrocélula, enquanto cada macrocélula possui um pino de saída dedicado.

No diagrama de blocos, podemos ver que um CPLD consiste em múltiplas macrocélulas ou blocos funcionais.As macrocélulas são conectadas por meio de uma interconexão programável, também conhecida como GIM (matriz de interconexão global).Ao reconfigurar o GIM, diferentes circuitos lógicos podem ser realizados.Os CPLDs interagem com o mundo exterior utilizando E/S digitais.

Diferença entre CPLD e FPGA

Nos últimos anos, os FPGAs tornaram-se muito populares no projeto de sistemas digitais programáveis.Existem muitas semelhanças e também diferenças entre CPLD e FPGA.Quanto às semelhanças, ambos são dispositivos lógicos programáveis ​​que consistem em matrizes de portas lógicas.Ambos os dispositivos são programados usando HDLs como Verilog HDL ou VHDL.

A primeira diferença entre CPLD e FPGA está no número de portas.Um CPLD contém alguns milhares de portas lógicas, enquanto o número de portas em um FPGA pode chegar a milhões.Portanto, circuitos e sistemas complexos podem ser realizados usando FPGAs.A desvantagem dessa complexidade é um custo mais elevado.Conseqüentemente, os CPLDs são mais adequados para aplicações menos complexas.

Outra diferença importante entre esses dois dispositivos é que os CPLDs apresentam uma EEPROM não volátil integrada (memória de acesso aleatório programável apagável eletricamente), enquanto os FPGAs apresentam uma memória volátil.Devido a isso, um CPLD pode reter seu conteúdo mesmo quando desligado, enquanto um FPGA não pode reter seu conteúdo.Além disso, devido à memória não volátil incorporada, um CPLD pode começar a operar imediatamente após ser ligado.A maioria dos FPGAs, por outro lado, requer um fluxo de bits de uma memória externa não volátil para inicialização.

Em termos de desempenho, os FPGAs apresentam um atraso imprevisível no processamento de sinal devido à arquitetura altamente complexa combinada com a programação personalizada do usuário.Nos CPLDs, o atraso pino a pino é significativamente menor devido à arquitetura mais simples.O atraso no processamento do sinal é uma consideração importante no projeto de aplicações de tempo real incorporadas e críticas para a segurança.

Devido às frequências operacionais mais altas e às operações lógicas mais complexas, alguns FPGAs podem consumir mais energia que os CPLDs.Assim, o gerenciamento térmico é uma consideração importante em sistemas baseados em FPGA.Devido a esse motivo, os sistemas baseados em FPGA geralmente empregam dissipadores de calor e ventiladores de resfriamento e precisam de fontes de alimentação e redes de distribuição maiores e mais complexas.

Do ponto de vista da segurança da informação, os CPLDs são mais seguros porque a memória está incorporada no próprio chip.Pelo contrário, a maioria dos FPGAs requerem memória externa não volátil, o que pode ser uma ameaça à segurança dos dados.Embora os algoritmos de criptografia de dados estejam em FPGAs, os CPLDs são inerentemente mais seguros em comparação aos FPGAs.

Aplicações de CPLD

Os CPLDs encontram sua aplicação em muitos circuitos de controle digital e processamento de sinais de baixa a média complexidade.Algumas das aplicações importantes incluem:

1. CPLDs podem ser usados ​​como bootloaders para FPGAs e outros sistemas programáveis.
2. CPLDs são frequentemente usados ​​como decodificadores de endereços e máquinas de estado personalizadas em sistemas digitais.
3. Devido ao seu pequeno tamanho e baixo consumo de energia, os CPLDs são ideais para uso em equipamentos portáteis eportátilaparelhos digitais.
4. Os CPLDs também são usados ​​em aplicações de controle críticas para a segurança.