FPGA与CPLD的分类及辨别它们的方法

FPGA（现场可编程门阵列）和CPLD（复杂可编程逻辑器件）是两种常见的可编程逻辑设备，它们在数字电路设计中被广泛使用。了解FPGA和CPLD的分类和区别对于工程师选择合适的器件进行电路设计至关重要。以下是根据结构特点和工作原理对FPGA与CPLD进行分类及辨别的详细知识点。 根据器件内部逻辑实现的方式，可以将CPLD定义为乘积项结构方式构成逻辑行为的器件，这包括如Lattice的ispLSI系列、Xilinx的XC9500系列、Altera的MAX7000S系列和Lattice(原Vantis)的Mach系列等。与之相对的，FPGA则是以查表法结构方式构成逻辑行为的器件，如Xilinx的SPARTAN系列、Altera的FLEX10K或ACEX1K系列等。 从结构特点来看，CPLD适合于实现各种算法和组合逻辑，而FPGA更适合完成时序逻辑。这是因为CPLD的触发器有限，乘积项较多，而FPGA的触发器丰富，适合于触发器结构丰富的设计。 在时序控制方面，CPLD的连续式布线结构决定了其时序延迟均匀且可预测，而FPGA的分段式布线结构导致延迟不可预测。这种时序特性的差异对于设计工程师而言十分重要，尤其是在对时间敏感的应用中。 编程方面的灵活性差异是FPGA和CPLD另一重要区别。CPLD通常是通过修改逻辑块内部固定的内连电路来编程，而FPGA则可以通过改变内部连线的布线来编程。FPGA允许在逻辑门级别编程，而CPLD则在逻辑块级别编程。这种灵活性让FPGA在逻辑实现上更加复杂和强大。 在集成度方面，FPGA通常具有比CPLD更高的集成度，这使得FPGA可以实现更复杂的布线结构和逻辑功能。但与此同时，CPLD因其编程相对简单、采用E2PROM或FASTFLASH技术，不需要外部存储器芯片，使得其使用更为方便。 CPLD的速度一般比FPGA快，并且具有更好的时间可预测性。这是因为CPLD采用逻辑块级编程，逻辑块之间是集总式互联，而FPGA使用门级编程和CLB之间的分布式互联，导致了时序的不可预测性。 在编程方式上，CPLD主要基于E2PROM或FLASH存储器编程，具备高达1万次的编程次数，并且断电后编程信息不会丢失，而FPGA则大多数基于SRAM编程，编程信息在断电时会丢失，每次上电时需要从外部存储器重新加载数据。然而，FPGA的优势在于可以编程任意次，并且可以在工作中快速编程，实现板级和系统级的动态配置。 在保密性方面，CPLD由于其内部存储机制，保密性较好，而FPGA由于可重编程的特性，保密性相对较差。但FPGA的设计可以通过特定的加密方法来提高其安全性。 一般来说，CPLD的功耗要高于FPGA，且随着集成度的提高，功耗差异愈加明显。因此，在设计时对于功耗有严格要求的应用场景，CPLD可能不是最佳选择。 FPGA和CPLD虽然都是可编程ASIC器件，但它们在结构、编程方式、保密性、功耗等多方面都有显著差异，这些特点决定了它们在不同应用场合的适用性。了解和掌握这些知识对于电路设计工程师来说是至关重要的，以确保选择最合适的器件满足项目需求。