CPLD vs. FPGA:你的数字系统需要哪一个?

冰箱贴诗是我在别人家最喜欢的地方之一。有机会给别人留下愚蠢的、编码的信息，或者混合搭配一些听起来有趣的废话，总是会让我笑。不过，在过去几年里，这个市场确实在增长，有大量的主题可供选择。选择哪种磁铁来制作最好的语言混合物可能会很乏味，而像天启、培根、爱发牢骚的猫和数学爱好者这些很棒的选择。不幸的是，并不是所有的逻辑数组都像冰箱贴诗一样有趣。

PAL, SPLD, CPLD, FPGA, ASIC…可编程逻辑设备和信号标准的字母汤是广泛的。在复杂可编程逻辑器件(CPLD)和现场可编程门阵列(FPGA)之间的选择取决于围绕您的设计的应用程序，市场上有很多选择。让我们来看看cpld和fpga之间的权衡。

使用CPLD和FPGA集成电路

虽然所有数字逻辑电路都可以由NAND和NOR门的创造性组合组成，但使用单独的NAND和NOR 7400 ic来创建可编程逻辑电路是不允许的。使用CPLD或FPGA进行可编程逻辑通常是更好的选择，因为您可以在更小的占用空间中获得更广泛的功能。

大多数cpld实现了乘积和组合逻辑和可选触发器的逻辑运算。采用组合逻辑函数，支持广泛的扇入。因此，具有大量输入的CPLD可能是比具有少量输入的FPGA更好的选择I / O引脚对于更简单的应用。在逻辑块的数量方面，一个FPGA可以包含大约100,000个逻辑块，而一个CPLD只包含数千个逻辑块。这意味着fpga可以专门用于更复杂的计算和应用。

cpld使用电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)可编程，因此它们的配置存储在非易失性存储器中，即使在重新启动后也可以访问。相比之下，fpga是基于静态随机存取存储器(SRAM)的，比特流必须从外部非易失性存储器馈送到设备。CPLD的一个典型用例是在系统启动时配置FPGA。然而，主要芯片制造商正在设计具有非易失性存储器的下一代fpga，从而消除对外部模块的需求。

FPGA的可重构特性和复杂的结构使其信号处理延迟不可预测。简单地计算在FPGA内执行的操作数量不足以预测延迟。相比之下，cpld由于其更简单的架构，在相同的开关频率下具有更低的引脚到引脚延迟。如果您需要跨不同的信号网络同步并行数据，那么考虑这一点是非常重要的。

知道如何使用CPLD和fpga可以在未来为您节省无数小时

信号完整性和热管理

较老的cpld家族消耗了足够的功率，使它们在需要电池电源的应用中成为禁忌。如今更新的cpld更节能，使电池供电设备的功耗降低热管理不是什么问题。

相比之下，以全时钟速度运行并在高频下切换的FPGA需要一定程度的热管理;例如被动散热器或更密集的主动方法，如使用风扇甚至蒸发式热交换器。在电路板层面，您需要确定最佳的热管理策略，以保持电路板温度低于结温。

就实际开关频率而言，许多fpga和cpld都具有用于频率合成的锁相环(PLLs)和/或延迟锁环(dll)的时钟块。这允许时钟频率乘以一个更高的值，以满足某些任务的要求。注意，这可能会加剧已经存在问题的热问题;这可能是一个好主意，包括一个可切换的风扇，当时钟频率和/或芯片温度超过一定的值时打开。

当在电路板中包含CPLD或FPGA时，其中任何一种设备的开关速度将决定信号是否会在走线中产生传输线行为。这里，实际的切换速度是重要的参数，而不是数据速率。而不是阻抗匹配来自这些设备的每个输出迹线，你最好在整个电路板上实现受控阻抗设计，以确保迹线正确终止。

单端信令适用于简单应用，但涉及高速和/或较长的线路的高级应用应使用差分信令标准。cpld和fpga常用的差分信令标准是低压差分信号(LVDS)，电流模式逻辑(CML)和低压正发射极耦合逻辑(LVPECL)。你需要给你的IC编程设计原理图/布局围绕所需的信号标准。

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asic的进一步发展

虽然您可能不是在使用FPGA的设备上阅读这篇文章，但它们可能会在智能手机和计算机中变得更加普遍，用于人工智能和机器学习应用程序。这些芯片的可重构特性为复杂的算法提供了专门的处理，而不会消耗专门用于这些设备的基本功能的计算资源。

在fpga为大规模生产进行优化之前，它们在大多数设备中可能仍然是罕见的。如果您正在寻找高速、低成本和低功耗，特定应用集成电路(ASIC)可能是更好的选择。您将牺牲适应性，但您将以低成本赢得高容量设备运行。

使用专用集成电路的缺点是需要初始投资。因为硬件是不可重构的，你必须与代工厂来制造和包装你的ASIC。然而，在初始的NRE成本之后，asic的单位生产成本较低，使其成为大批量生产的更好选择。

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