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。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。