前言
電子技術(shù)的飛速發(fā)展,，尤其是消費類電子產(chǎn)品在成本、產(chǎn)品功能及品質(zhì)的更高要求，使消費類電子產(chǎn)品的設(shè)計不是簡單地要求設(shè)計出來,，而是要考慮低成本高品質(zhì)。 CPLD的成本低,，占用PCB面積小,，功耗低和靈活的后期可編程特性在嵌入式設(shè)計中得到越來越廣泛的應(yīng)用。
由于CPLD資源較小,，大部分工程師都用CPLD來實現(xiàn)整合邏輯電路,，擴展主處理器的I/O功能，或做電源管理功能,，由于CPLD內(nèi)部沒有振蕩器,，而振蕩器的功能對于CPLD做電源管理,，產(chǎn)品的系統(tǒng)管理尤為重要，如果在CPLD外部加一個振蕩器就增加了整個設(shè)計的成本,。利用CPLD內(nèi)部的反向器,，再加上外部簡單的RC，即可以實現(xiàn)一個簡單的振蕩器供CPLD內(nèi)部設(shè)計使用,，可以降低設(shè)計成本,，靈活性強，穩(wěn)定性高,。
CPLD內(nèi)部施密特觸發(fā)器
CPLD內(nèi)部施密特觸發(fā)器電器特性見表1,。目前大部分使用的CPLD都需要兩個電源VCC和VCCIO，VCC就是CPLD內(nèi)部的核電壓,，VCCIO是CPLD所有I/O 引腳電壓,。
從表1看出，VT+和VT-是取決于VCCIO的電壓,。目前大部分設(shè)計都選用VCCIO為3.3V,，所以，VT+ (min.) = 0.5 × 3.3V = 1.65V,，VT+ (max.) = 0.8× 3.3V = 2.64V
VT- (min.) = 0.2 × 3.3V = 0.66V VT-(max.) = 0.5 × 3.3V = 1.65V
從上面給出的VCCIO 為3.3V計算可以看出,，對于施密特觸發(fā)器當(dāng)輸入電壓在1.65V下輸出都為低電平，當(dāng)輸入電壓在1.65V之上都為高電平,，1.65V為高低電平的臨界點,。
振蕩器實現(xiàn)
利用CPLD內(nèi)部的施密特觸發(fā)器使輸入波形得到校正，再加上反向器反向和外部RC實現(xiàn)振蕩器,，只需要在使用CPLD的任意兩個I/O PIN引腳(當(dāng)然從CPLD內(nèi)部原理來看最好是使用相鄰的兩個PIN引腳,，會減小CPLD內(nèi)部資源的占用)。其中一個PIN 引腳串入電阻,，外接一個對地電容,，當(dāng)內(nèi)部的A點為高電平時，PIN1會通過R1對C1充電,，由于電容的電壓不可越變,，電壓是對電流的積分，所以電壓會逐漸上升,，當(dāng)電平上升至0.5 × VCCIO,，CPLD施密特觸發(fā)器才認為是高電平，再經(jīng)過內(nèi)部的反向器會反向,，所以A 點會變成低電平,，這時C1 會通過R1逐漸放電，當(dāng)放電電平低于0.5 x VCCIO時,，反向器反向A點又變回高電平,，這樣反復(fù)的振蕩就構(gòu)成了一個穩(wěn)定的振蕩器時鐘源(見表1),。
CPLD實現(xiàn)代碼
本設(shè)計使用VHDL語言，選用XILINX 公司的COOLRUNNER-II系列的CPLD器件, 基于0.18nm CMOS CPLD, 3.8ns PIN-to-PIN延時,，快速JTAG下載,，2個bank，具體實現(xiàn)見代碼列表,。
振蕩器應(yīng)用
上述代碼通過XILINX的編譯綜合器后,，會產(chǎn)生一個可下載檔案，此檔案可以通過JTAG直接下載到芯片中使用,，由于代碼示例的為一個實時振蕩器,，也就是只有芯片上電，振蕩器部分會一直工作,，對于用于電源管理的嵌入式產(chǎn)品設(shè)計,，由于一直振蕩帶來額外的電功耗損耗，功耗的損耗和振蕩的頻率是相關(guān)的,，當(dāng)頻率越高時,，功耗越大。所以,，設(shè)計還可以再被優(yōu)化使用,。比如,，當(dāng)符合什么條件時振蕩器才開始振蕩,，或者達到什么條件時振蕩器停止振蕩，這樣靈活的優(yōu)化設(shè)計會給產(chǎn)品帶來更多的附加價值,，延長電池的使用壽命,。
振蕩器的振蕩頻率是通過外部引腳的電阻和電容來調(diào)整的，當(dāng)電阻越小,，電容越小時,，振蕩的頻率就很高。當(dāng)電阻很大時,，電容也變大,，振蕩的頻率就會變低。振蕩器的精度取決于外面電阻和電容的精度,，電阻的精度以現(xiàn)在工藝可以做到1%的正負誤差,，電容可以選擇5%的正負誤差，高精度的電阻和電容會帶來比較精準(zhǔn)的振蕩頻率,。
結(jié)語
本文的設(shè)計充分利用了CPLD內(nèi)部的硬件資源和VHDL靈活嚴謹?shù)木幊毯屯饧雍唵蔚腞C實現(xiàn)了一個振蕩時鐘源,，既可供CPLD內(nèi)部設(shè)計使用，也可以供給外部其他設(shè)計使用,，該設(shè)計減小了設(shè)計的復(fù)雜性,，通過CPLD的靈活可編程性降低了產(chǎn)品的成本,，具有一定的商業(yè)應(yīng)用價值。