7.3.2. Свойства ис пл, важные для их применения в составе систем

Ряд свойств микросхем программируемой лотки не связан непосредственно с их логи­ческим функционированием, но имеет важное значение при их использовании в систе­ме. К таким (системным) свойствам относятся следующие.

Уровни питающих напряжений. Имеются веские причины для перехода ко все мень­шим напряжениям как для питания микросхем в рабочих режимах, так и для программи­рования таких элементов, как ЛИЗМОП-транзисторы в схемах с памятью конфигурации типов EPROM и EEPROM. Если сравнительно недавно типовым значением питающего напряжения было 5 В, то сейчас все больше используются схемы с напряжениями пита­ния 3,3; 2,5; 1,8 и даже 1,6 В. Кроме того, исключаются требования повышенных напря­жений для программирования, и все процессы в схемах обеспечиваются с помощью внут­ренних средств от единого источника внешнего питания.

Наличие режимов различного энергопотребления. При работе того или иного блока для поддержания его быстродействия требуются определенные затраты энергии (для быст­рых переключений требуется быстрый перезаряд неизбежно существующих паразитных ем­костей, т. е. нужны большие токи, обеспечивающие требуемые длительности переход­ных процессов). При отсутствии переключений в той или иной схеме можно резко сни­зить ее энергопотребление, так как для сохранения неизменного логического состояния достаточны микротоки. Кроме двух указанных режимов можно создавать и ряд промежу­точных, что широко используется в микросхемах программируемой логики. Активные ре­жимы могут программироваться в разных вариантах (максимального быстродействия и номинального быстродействия с меньшей потребляемой мощностью). Пассивные режимы также часто имеют несколько подрежимов (покоя, когда схема не переключается, но готова к быстрому вхождению в рабочий режим, глубокого понижения мощности, когда потребление энергии чрезвычайно мало, но переход в активный режим занимает относи­тельно большое время, и т. д.).

Интересно отметить, что с помощью несложных логических элементов схемы могут автоматически переходить из одного режима в другой, выявляя факт изменения инфор­мационных сигналов и реагируя на него увеличением рабочих токов.

В число программируемых величин может входить так называемый Turbo bit, задаю­щий один из двух режимов, различающихся по соотношению скорость/мощность.

Наличие или отсутствие в микросхеме средств поддержки интерфейса JTAG. Первоначальные версии этого интерфейса обеспечивали тестирование систем методом периферийного (граничного) сканирования, более поздние расширенные версии, ориен­тированные на микросхемы программируемой логики, позволяют через интерфейс JTAG конфигурировать схемы с триггерной памятью, для чего требуется лишь загрузка в па­мять конфигурации загрузочного файла.

Свойство программируемости в системе. Схемы, обладающие этим свойством, на­зываются In-System Programmable (ISP). Свойство ISP могут иметь микросхемы с триг­герной памятью конфигурации (заметим, что термин «программируемость» появился в этом абзаце в связи с его наличием в английском термине ISP, по существу же он означает то же самое, что и термин «конфигурируемость»). Поскольку триггерная память теряет свое содержимое при выключении питания, схемы типа SRAM-based программи­руются при каждом включении питания. Свойство ISP означает, что реконфигурацию можно производить без изъятия микросхемы из системы, перезагружая файл конфигурации, что возможно и во время функционирования системы. Такая возможность позволяет стро­ить системы с многофункциональным использованием одних и тех же программируемых микросхем в качестве разных блоков системы, если эти блоки не используются одновре­менно, а также и другие варианты адаптивных систем.

Наличие средств защиты от считывания данных конфигурации. Такие средства имеют разную степень защиты. В простейшем случае предусматривается бит защиты или несколько таких битов.

Программирование крутизны фронтов. Известно, что одной из острых проблем при реализации цифровых устройств и систем является борьба с помехами, в том числе создаваемыми самими схемами этих устройств и систем. С целью снижения уровня воз­никающих импульсных помех для мощных буферов, прежде всего тех, которые форми­руют выходные сигналы кристалла, вводится программирование крутизны фронтов. Бит SLC (Slew Rate Control) задает режимы крутых или пологих фронтов. Рекомендуется вез­де, где допустимо, устанавливать режим пологих фронтов, создающий гораздо меньшие помехи. В критичных для быстродействия цепях с целью повышения производительнос­ти системы используются режимы крутых фронтов (т. е. быстрых переключений).