Circuite Logice Programabile

I. Generalităţi şi criterii de performanţă ale circuitelor

digitale

În proiectele tradiţionale erau folosite componente analogice care au un preţ

relativ redus, însă, dezavantajele principale ale sistemelor analogice constau în

sensibilitate la variaţiile de temperatură, îmbătrânirea mai rapidă a componentelor şi

dificultatea de a îmbunătăţi sistemul cu noi caracteristici.

Sistemele digitale elimină abaterile cauzate de variaţiile de temperatură, iar

îmbunătăţirea caracteristicilor sistemului la un moment dat se poate realiza foarte

uşor prin modificarea softului procesorului programabil conţinut de sistem.

În continuare se va face o prezentare a circuitelor digitale complexe existente pe

piaţă, prezentare a care va facilita introducerea în discuţie a circuitelor logice

programabile. Tototdată vor fi prezentae şi câteva criterii de performanţă utile în

selectarea circuitului digital adecvat aplicaţiei dezvoltate.

A. Comparaţie între diferitele tipuri de circuite digitale

În cazul proiectelor care necesită procesarea în timp real a semnalelor, există în

ultima perioadă de timp o multitudine de noi produse şi tehnologii care sunt din ce în

ce mai „inteligente”, rapide, miniaturizate şi cu posibilităţi de interconectare sporite.

Această varietate de produse îngreunează alegerea pe care trebuie să o facă

proiectanţii vizavi de arhitectura optimă pentru procesarea în timp real a semnalelor.

În continuare se va încerca stabilirea unui set de criterii care să uşureze alegerea

unei arhitecturi optime.

Principalele circuite digitale complexe sunt:

- Pprocesoare digitale de semnal (DSP-uri = Digital Signal Processor)

- Microcontrolerele (MCU)

- Microprocesoare de uz general / microprocesoare cu set redus de instrucţiuni

(GPP/RISC = General Purpose Processor / Reduced Instruction Set

Computer)

- Arii de porţi logice programabile (FPGA = Field Programmable Gate Arry)

- Circuite integrate dedicate (ASIC = Applicattion-Specific Integrated Circuit)

În continuare se va face o comparaţie între cele cinci arhitecturi de circuite

digitale ţinându-se cont de câteva criterii:

• timp de lansare pe piaţă - primă importanţă

• performanţa - primă importanţă

• preţ - primă importanţă

• facilităţi de dezvoltare - primă importanţă

• consum de putere - importanţă medie

• flexibilitate ulterioară - importanţă redusă

După cum se poate observa fiecărui criteriu i s-a acordat un anumit grad de

importanţă. În continuare va fi discutat fiecare criteriu în parte.

Timp de lansare pe piaţă. Acest criteriu se referă la perioada de timp necesară ca un

produs să devină disponibil pe piaţă. Acest criteriu este de maximă importanţă

datorită perioadei de viaţă scurte a produselor din acest sector, perioadă care poate

varia de la câteva lunii la câţiva ani. Se spune că acest criteriu conduce şi dă ritmul

de dezvoltare în industria de profil.

Capitolul 1

4

Acest timp este alcătuit din două componente:

1. Faza de proiectare, care depinde de efortul economic depus;

2. Faza de fabricaţie, care depinde în cea mai mare măsură de tehnologia

de fabricaţie aleasă.

În industria electronică a bunurilor de larg consum există o tendinţă clară de

reducere a timpului până la care se ajunge la producţia în masă dar şi a timpului de

menţinere pe piaţă a unui produs (figura 1).

Reducerea timpului de lansare pe piaţă duce la mărirea profitului aşa cum se

prezintă în figura 2. Prima companie care lansează pe piaţă un produs nou ocupă cu

aproximativ 40% mai mult decât următoarea companie.

5 10 15 20

Ani

1 milion

PCS Cellular PC VCR TV color TV cablu

TV albnegru

Bucăţi

DVB

DVD

Start pe piata

Vârful pietii

Sfârtitul

ferestrei de piata

Profit pentru NR.1

pe piata

Profit redus pentru

plutonul doi pe piata

Figura 1 Dinamica schimbărilor în industria

electronică

Figura 2 Importanţa scurtării timpului de lansare pe piaţă a

unui produs

Performanţa. Acest criteriu determină capacitatea unui produs de a îndeplini o

anumită sarcină. Există mai multe moduri de a măsura performanţa unui produs, în

general aceasta este exprimată în: MIPS (milioane de instrucţiuni per secundă),

MMACS (milioane de multiplicări şi acumulări per secundă) sau mai simplu în MHz

(milioane de perioade de tact per secundă).

Importanţa criteriului performanţă poate să scadă când sunt impuse constrângeri

legate de preţul produsului şi de consumul de putere.

Preţul. Importanţa acestui criteriu de selecţie este strâns legată de segmentul de

piaţă căruia îi este adresat produsul. Dacă produsul este orientat către zona

consumatorilor casnici, preţul poate fi foarte important, dacă produsul este însă

orientat spre zona de afaceri şi militară preţul poate să scadă ca şi importanţă.

Facilităţi de dezvoltare/proiectare. Acest criteriu însumează alte criterii cum ar fi:

suportul acordat pentru produsul respectiv, costurile de dezvoltare şi uneltele de

dezvoltare. Cu cât este mai consistent suportul primit de proiectant de la producător

cu atât se va realiza o dezvoltare mai rapidă a produsului. Este de dorit ca

producătorul să ofere software de dezvoltare şi testare, plăci de evaluare, algoritmi.

Consumul de putere. Acest criteriu este important în special în cazul produselor care

necesită portabilitate, consumul mai redus de putere traducându-se printr-o viaţă mai

lungă a bateriei. De asemenea un consum de putere scăzut mai poate însemna şi o

disipare mai redusă de căldură.