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自動切斷自身電源的 CPLD
( 7 月 1 日 2006 年)
Rafael Camarota，Altera Corp，San Jose，CA

今天，大多數的複雜可編程邏輯器件（complex programmable-logic devices，CPLD）都是採用可減少功耗的工作模式，但當系統不是處於使用狀態時，應完全切斷電源以保存電池能量，從而實現很多設計者所追求的最終節能目標。圖 1 描述了如何在一顆 CPLD 上增加幾個分立元件，以實現一個可以節省電池能量的系統關斷電路。本例中所使用的 CPLD 是 Altera EPM570-T100。一個外接的 P 溝道 MOSFET（ Q1 ）和一個國際整流器公司(www.irf.com) 的 IRLML6302（或等效器件），可以當作CPLD（IC1 ）及系統中其他元件的電源控制開關。CPLD 和開關矩陣控制著 MOSFET 的柵極，當使用者按下一個開關時，便在 Q1 上施加開關的偏壓。此一CPLD 包括一個用於監控開關和系統運行的嵌入式計時器。當系統在一個設定週期內不活動時，計時器會停掉 MOSFET 的柵極驅動，關掉 CPLD 以及連接到 MOSFET 上其他元器件的電源。

Q1 的源極連接到電池的正極，其漏極連接到 IC1 的 VCC(INT)、VCC(IO1) 和 VCC(IO2) 電源接腳和其他需要斷電控制的元件。當電源關閉時，一個 1kΩ的上拉電阻 R3 將 Q1 的柵源電壓（gate-to-source）保持在 0V，維持其關斷狀態。當切斷 IC1 電源時，它透過 CPLD 的斷電接腳建立一個對地的洩漏路徑。EPM570T100 帶有熱插槽（hot-socket）保護，可將任何使用者可用器件的 I/O 接腳上的電流限制在 300 μA 以下。因此，即使在最差情況下，R3 上產生的 I/O 接腳電壓也不會達到 FET 的 0.7V 最小柵極閾值導通電壓。
按下任何開關便會建立一條經過開關觸點以及相對應二極體的電流路徑，然後便在 R3 上產生約 2.3V 的柵源偏壓，這個電壓足以在約 100 μsec的時間內導通Q1，並為 IC1 供電。當啟動機械開關時，它們的最小導通時間至少為 3 msec，而一個典型的操作人員最小按下-釋放時間至少要 30 msec。由於人的回應時間相對較慢，在操作者鬆開開關以前，CPLD 可以完成打開、重新設定內部電路，並將使 Q1 導通的斷電接腳維持在邏輯零狀態。



除了使用者設定的應用邏輯以外（圖中未顯示出來），CPLD 的電源控制邏輯增加了一對標準的參數化庫巨集電路（standard parameterized, library-macro circuit），它是由 Altera (www.altera.com)的 Quartus II 開發工具所產生的。內部的 4.4-MHz±25% 振盪器 Altufm_osc 可以驅動一個模數-44-百萬（modulo-44-million）之庫參數化模組（library-parameterized-module，LPM）計數器。CPLD 應用邏輯產生的邏輯低信號或關閉任何開關時都會使計數器重新設定。當重新設定計數器時，它的執行信號變低，驅動外接的斷電接腳。當重新設定被移除時，反相的執行信號會重新開始 LPM 計數器的運行。


<%@ LANGUAGE="VBSCRIPT" %>
<% Randomize: ord=int(rnd*1000000000) %>


如果所有開關均為打開，應用邏輯為不活動狀態，則計數器在約 10 秒內計數到 4400 萬，然後內部執行信號變高，關斷計數器，並保持執行信號為高狀態。接下來，斷電接腳向 VCC 爬升，當斷電接腳電壓達到 2.3V 時關斷 Q1。去掉 CPLD 的電源會使斷電接腳進入三態（或不連接）模式，而 R3 使 Q1 保持關斷。
你可以使用符合 JTAG 標準的命令，用一根下載纜線連接到一個廠商所定義的 10 接腳插頭上，對 EPM570-T100 進行配置。此一過程需要在配置前、中、後按一個外接的開關，以保證 CPLD 能在配置過程中獲得電源。可以透過改變計數器的模組，將不活動時間設定為任何需要的值。雖然電源、地和 JTAG 信號都使用專用的器件接腳，但也可以將任何通用的 CPLD I/O 接腳設定為開關輸入和斷電輸出。



如果你的應用需要一個按鍵開關矩陣，則可以用 n 個二極體搭成一個 n x m 的開關矩陣，進行有效的通電檢測（圖 2）。在本例中，開關矩陣透過二極體 D1 至 D4 連接到 MOSFET 的柵極。電阻 R8 至 R11 為每個開關行（column）提供一個對地通路，並只在開關閉合時承載電流，使行的輸入為低，同時保證只消耗最小的電源電流。

當使用者按壓某個開關時，Q1 的柵極為低，CPLD 供電。一個快速的 CPLD 通電常式使應用在使用者釋放開關以前，掃描開關陣列的各行和各列，以便確定使用者按下的是哪個開關。在本應用中，列（row）信號重新設定 LPM 計數器的非活動計時器。
 
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