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Forum: FPGA, VHDL & Co. [S] kleines CPLD, wenig Stromverbrauch, 5V


Autor: Kh Loeter (loeter)
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Hallo Allerseits,

Nachdem ich mit der Suche im Forum und Google nicht viel gefunden habe, 
wende ich mich mal mit diesem Beitrag an Euch.

Ich entwerfe gerade eine kleine digitale Schaltung, und habe vor diese 
später mal in einem programmierbaren Baustein unter zu bringen.

In CMOS Logik funktioniert sie schon, nimmt aber in Einzelchips zu viel 
Platinenplatz ein. Das ganze muss später mal in ein sehr kleines Gehäuse 
passen. Daher suche ich ein (wirklich) kleines CPLD. Es sollte folgende 
Eigenschaften haben.

- Wenn möglich 5V Logik
- Komplexität: fast keine, nur 3-4 FlipFlops, paar Gatter usw.
- Anzahl IOs: 10 - 12
- Package: je kleiner desto besser
- InCircuit Programmierbar.
- Stromverbrauch: wie immer, am besten keiner. (wenns geht im Bereich 
µA)

Die Lösung mit einem µC scheidet aus, weil die Schaltung dazu bzgl. 
Timing zu kritisch ist.

Im Grunde genommen wäre ein GAL in der Größenordnung 16V8 ausreichend. 
Als ich das letzte mal was mit GALs gemacht habe, haben die aber extrem 
viel Strom benötigt. Bei meiner Suche habe ich ausser den GALs 
eigentlich nur große Chips gefunden.

Es müsste sich doch auch im Bereich kleiner Logik (GlueLogic) in den 
letzten Jahren einiges getan haben. Ich bin aber nicht mehr auf dem 
aktuellen Stand, was sich momentan für Hersteller in dem Bereich 
tummeln. Deshalb meine Frage:

Welche Hersteller und Typen kennt ihr, die ungefähr in die obigen 
Anforderungen passen.

Gruß

    Kai

Autor: Georg A. (Gast)
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> Es müsste sich doch auch im Bereich kleiner Logik (GlueLogic) in den
> letzten Jahren einiges getan haben.

Ja. Die einen sind eingegangen, die anderen aufgekauft :) CPLDs sind 
gegenüber FPGAs völlig in der Marketingversenkung verschwunden. Heisst 
nicht, dass es sie gar nicht mehr gibt, aber generell sind FPGAs 
universeller einsetzbar. Daher rührt sich im CPLD-Markt nicht mehr 
viel...

Es kommt etwas auf deine Einkaufsmöglichkeiten an. Reichelt hat zB. noch 
den alten Kram von Xilinx (XC95..XL). Die vertragen 5V, und brauchen 
weniger Strom als GALs (>10mA), aber im Vergleich zu heute zuviel.

Mit Digikey/Farnell hätte man schon mehr Auswahl an 5V-toleranten CPLDs 
(d.h. 3.3V Vcc, verträgt aber 5V ohne Schutzwiderstand). Als da wären 
Coolrunner XPLA3 von Xilinx (zB. XCR3064), MACH40xx von Lattice oder 
MAX3000 von Altera.

Aber mal ehrlich: Mit 5V wirst du nicht mehr glücklich, das ist alles 
Auslaufware. Für 3.3V ist die Auswahl schon deutlich höher und es gibt 
da richtige Stromsparer. Wenn man da unbedingt 5V vertragen muss, kann 
man Widerstände einbauen, ist aber zum Basteln eher weniger was. Da ist 
schnell was passiert...

BTW: Es gibt zum Basteln einige fertige Module mit FPGAs/CPLDs, die den 
Einstieg stark vereinfachen. Schau zB. mal bei www.oho-elektronik.de 
oder www.trenz-electronic.de vorbei.

Autor: Kai H. (loeter) (Gast)
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Hallo Georg,

bin grad nicht am eigenen Rechner, deshalb jetzt mit Gast Zugang:

Erst mal Danke für Deine Antwort.

Georg A. (Gast) schrieb:
> Es kommt etwas auf deine Einkaufsmöglichkeiten an.

Das ist kein Problem, ich such die Teile nicht privat, dann macht das 
unser Einkauf. Im Gegenteil, es sollte eher so sein, dass die Chips auch 
noch ein paar Jahre in Stückzahlen lieferbar sind.

An die die XC95.. von Xilinx habe ich auch schon gedacht. Aber die 5V 
Typen scheint es nicht mehr zu geben, nur noch XL. Ausserdem sind die 
sowohl was Strom als auch was Preis angeht zu teuer.

> Aber mal ehrlich: Mit 5V wirst du nicht mehr glücklich, das ist alles
> Auslaufware. Für 3.3V ist die Auswahl schon deutlich höher und es gibt
> da richtige Stromsparer. Wenn man da unbedingt 5V vertragen muss, kann
> man Widerstände einbauen, ist aber zum Basteln eher weniger was. Da ist
> schnell was passiert...

Das befürchte ich auch. Nur leider befinde ich mich nicht in einem rein 
digitalen Umfeld. Rund um den Digitalteil werden noch allerhand 
Analog-Komponenten angeschlossen. Im Analog-Bereich brauche ich aber 
bestimmte Pegel. Wenn ich die 3V3 erst auf andere Pegel anheben muss, 
ist der Vorteil eines CPLD wieder dahin, und ich fahr besser mit einer 
Schaltung aus Einzelchips. Eigentlich sind 5 V schon etwas wenig, geht 
aber.
Deshalb sollte das CPLD auf jeden Fall 5V tolerante Eingänge, und 
5V-fähige Ausgänge haben. Ich kann mich erinnern, dass es mal Chips gab, 
bei denen die IOs eine eigene Vcc hatten.

Ich schau mir mal die von Dir genannten Typen durch. Gestern Abend habe 
ich noch Actel als Hersteller entdeckt. Die scheinen ein paar Devices zu 
haben, die interessant klingen. Allerdings werde ich aus der Website von 
denen noch nicht ganz schlau, da muss man ewig suchen, bis man zu den 
Chips mal ein paar einfache Fakten erfährt.

Gruß
     Kai

Autor: Michael O. (mischu)
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TTL kompatibele Logikpegel können die 3,3V CPLDs mit 5V toleranten 
Eingängen in jedem Fall liefern.
Low < 0,8V
High > 2,0V

Damit kannst Du jegliche 5V Logik (TTL) ganz normal treiben, ohne einen 
Pegelwandler dazwischen zu setzen.
Im Prinzip brauchst Du nur einen LDO von 5V auf 3,3V und fertig ist die 
Kiste. Selbst mit dem Linearregler zusammen ist die Verlustleistung 
geringer als bei den 5V Versionen.

BTW:
XC95xxx     5V Version
XC95xxx XL  3,3V Version

Autor: Antti (Gast)
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5v wenns es auch ausgangmassing 5V sein muss kostet heutzutage
wenns nicht sehr schnell sein muss, kan mann virtuellen 5V out
mit 5V input tolerant CPLD/FPGA machen, mit externen pullup
und CPLD/FPGA open drain

Actel: keine 5V, ausser du nimmst Fusion, aber da sind chips
in klein mengen sehr teuer

grosses problem mit 5V OUT und kleines strom, sowas gibt fast nicht
5v ispGAL nimmt 130mA!

ispGAL 1.8v ist aber 5v tolerant 150uA strom

wenn du ganz wenig logic brauchst, die Lattice power manager chips
haben ein kleines PLD drinne, auch 5v tolerant
siehe POWR605

atmel ATF16V8CZ konnte passen ist 0 power aber mit high clk
nimmt auch sehr viel

http://www.microfpga.com
der rechte module, da ist silicon blue FPGA drauf
ist 5v tolerant, und nimmt fast kein strom :)

Antti

Autor: Klaus Falser (kfalser)
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Kai H. schrieb:

> - Stromverbrauch: wie immer, am besten keiner. (wenns geht im Bereich µA)

Ein Stromverbrauch im µA Bereich ist immer nur im statischen Betrieb 
erreichbar. Auch die sparsamsten CPLD verbrauchen im dyamischen Betrieb 
deutlich mehr, und das ist immer linear zur Frequenz und davon, wieviele 
FFs und Ausgänge kippen.
Es hängt also von Deinen Rahmenbedingungen ab, ob ein Ruhestrom im µA 
Bereich wirklich nützlich ist.

Autor: Bernhard R. (barnyhh)
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Bislang hat noch niemand über die erforderliche Geschwindigkeit der 
Schaltung gesprochen. Vielleicht läßt sich das Ganze ja auch in einem 
Microcontroler unterbringen. Nur mal so angedacht...

Bernhard

Autor: Bernhard R. (barnyhh)
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Sorry, nicht genau gelesen...

Bernhard

Autor: Kh Loeter (loeter)
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Hi,

In dem CPLD dürfte die höchste Frequenz im Bereich 50 bis 300kHz liegen. 
Das dürfte den Stromverbrauch etwas eingrenzen. Ein Mikrocontroller 
kommt aber dennoch nicht in Frage, weil es in erster Linie auf die 
Verzögerungszeiten ankommt.
In HCMOS Logik funktionert es wunderbar, dort haben wir aber 
Verzögerungungen im ns-Bereich. Ein µC würde mich schnell in den 
µs-Bereich bringen.

Gruß

      Kai

Klaus Falser schrieb:
> Kai H. schrieb:
>
>> - Stromverbrauch: wie immer, am besten keiner. (wenns geht im Bereich µA)
>
> Ein Stromverbrauch im µA Bereich ist immer nur im statischen Betrieb
> erreichbar. Auch die sparsamsten CPLD verbrauchen im dyamischen Betrieb
> deutlich mehr, und das ist immer linear zur Frequenz und davon, wieviele
> FFs und Ausgänge kippen.
> Es hängt also von Deinen Rahmenbedingungen ab, ob ein Ruhestrom im µA
> Bereich wirklich nützlich ist.

Autor: Antti (Gast)
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ADIs ADUCs haben ausser mcu auch kleine mini CPLD drinne

mit mcu kann man schon einfache sachen sehr schnell machen
wenns sein muss, unter 1us verzogerung schon moglich manchmal

Antti

Autor: Klaus Falser (kfalser)
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500 KHz sind gar nichts, da bleibt der Stromverbrauch von z.B. einem 
Cilinx Coolrunner-II XC2C32A immer noch minimal.

Eine gute Lösung scheint mir doch schon genannt worden zu sein, wenn die 
ispGAL 1.8V wirklich erhältlich sind, dann machen sie doch was Du 
brauchst.
Das einzige, das fehlt, sind die 5V Ausgänge, aber möglicherweise hast 
Du falsche Vorstellungen davon. 5 V Ausgang in der Digitalwelt heißt ja 
nicht, dass der Ausgang die 5 V erreicht. Viele CPLD's garantieren 
TTL-Pegel, das wären z.B. nur 2.8 V.
Bei HC Logik ist das anders, da sind 4.5V garantiert.

Nachttrag :
Eine Lösung mit MCU muß meiner Meinung nach immer mehr Strom 
verbrauchen, da die dahinterstehende Schaltung komplexer ist, also 
intern mehr schalten muß.

Autor: Georg A. (Gast)
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> Eine Lösung mit MCU muß meiner Meinung nach immer mehr Strom
> verbrauchen, da die dahinterstehende Schaltung komplexer ist, also
> intern mehr schalten muß.

Mehr als eine dedizierte Logik im ASIC sicher, aber mehr als ein CPLD 
muss nicht sein. Das CPLD hat typischerweise auch unzählige 
Logikresourcen, die nie genutzt werden, also brach liegen und trotzdem 
etwas Strom verbrauchen. Von den dynamischen Verlusten durch die 
längeren Leitungswege und die diversen Schaltmatrizen mal abgesehen...

Die analogen Teile, die man zB. bei den Produkttermen braucht, sind auch 
nicht gerade stromsparend, das ist/war ja das Problem aller nicht ganz 
aktuellen CPLDs/GALs. Die Coolrunner&Co haben diese Effekte mit 
Schaltungstricks nur in den dynamischen Bereich verschoben.

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