一颗PLD取代至多40个IC的分立电路设计，TI用可编程逻辑器件助力更紧凑的工业汽车应用开发

在现代电子行业，随着市场对更小尺寸和更高计算能力的产品需求不断增加，工程师们正面临前所未有的设计挑战。无论是消费类电子还是汽车电子，产品体积缩小和功能增强的趋势已成为设计人员无法回避的现实。

首先，下一代产品需要在更小的PCB面积中集成更多的功能和IC，这对空间的紧凑利用提出了极高要求。此外，在软件编程方面，为了实现产品差异化，我们通常依赖于高复杂度的可编程逻辑器件，如FPGA和CPLD。这些器件虽然支持数千个逻辑单元，但其高集成度、较大尺寸和较高功耗也为设计带来了挑战，同时还需要昂贵的EDN工具和复杂的硬件描述语言（如VHDL或Verilog）进行设计开发。最后，市场上许多简单的可编程逻辑器件缺乏汽车行业应用所需的封装、规格和认证，限制了它们在汽车和工业领域的适用性。

为了帮助工程师应对这些设计瓶颈的，TI推出了全新的可编程逻辑器件（PLD），从集成度优化到新型编程工具的使用，帮助工程师有效解决这些挑战，推动新一代电子产品的发展。

在近日召开的TPLD系列新品发布会上，德州仪器逻辑产品市场经理Luke Trowbridge、德州仪器逻辑产品系统经理Jose Gonzalez、德州仪器现场应用工程师Captain Luo进行了精彩的分享。

从传统概念出发的现代技术创新——以一抵四十的TI PLD

通常意义上来说，PLD（可编程逻辑器件）是一个非常大的品类名称，CPLD、FPGA、包括一些很古老的可编程逻辑阵列 （PLA）、通用阵列逻辑器件 （GAL）等似乎都可以在这一品类囊括其中。

而此次TI推出的PLD，以TPLD作为产品系列命名前缀，特指的是集成多了达40个数字和模拟逻辑元件、结合了TI最先进的封装技术、能够通过TI的InterConnect Studio进行无代码图形化编程的可编程逻辑IC。

需要明确的是，该品类并非为FPGA和CPLD竞争的低端竞品，而是旨在替代当前需要多个逻辑IC才能够完成的电路设计。根据TI的市场观察，TI的PLD能够帮助现有的相当一部分工业、汽车应用的客户，简化他们的逻辑电路设计。

随着市场对更小尺寸和更强计算能力的产品需求不断增长，工程师们面临三大设计挑战。首先，下一代产品需要在更小的布板空间中集成更多的功能和IC，这对空间利用提出了更高要求。其次，在实现产品差异化的过程中，通常依赖于复杂的可编程器件，如FPGA或CPLD，尽管这些器件支持数千个逻辑单元，但其高集成度和复杂性往往显著增加了封装尺寸、成本和功耗，同时需要昂贵的EDN工具和硬件描述语言（如VHDL或Verilog）进行设计开发。最后，目前市场上较为简单的可编程逻辑器件缺乏汽车工业应用所需的封装、规格和认证，限制了其在消费类电子以外领域的适用性。

“针对相对简单但又需要传统比较多的逻辑分立器件我们采用一颗TPLD去覆盖，并且不需要复杂的逻辑编程，这是我们投资TPLD的初衷。”Luke表示。

据悉，TI PLD具备几大产品优势——高度集成、封装创新、友好的开发软、车规级认证、极低的功耗表现。

【高集成度和超小型封装技术，实现面积和BOM双效增益】

TI的PLD芯片通过将数十个顺序逻辑和模拟功能集成到单个封装中（包括超小型引线式封装），能够有效减小整个方案的尺寸。对比传统CANbus仲裁分立方案，一颗TPLD（TPLD1201）就可以替代整个设计，从而实现94%的面积缩减和80%的BOM缩减。

Luke表示，“取决于不同的应用设计，总体来说，TI能够将多达40个逻辑元件集成到一个IC里面可以更好帮助系统简化并降低整体的体积和成本。”

而Jose进一步补充，“将多达40个逻辑的元件集成到一个IC里，可以大大简化采购和认证的过程。对于采用了TPLD的研发来说，只需要一款单独的IC，对于公司的采购团队而言只需要采购一种类型的逻辑器件，所以这无形中也带来了开发资源、验证资源和采购资源的成本下降。”

【低功耗延长电池寿命】

与市场上同类器件相比，TI的可配置逻辑器件具有极低的功耗，能耗可降低50%，且静态电流小于1微安。Jose Gonzalez指出，功耗的降低是通过不同工作模式切换实现的。在非工作状态或睡眠模式下，PLD内部会断开主要的逻辑器件。因此有助于电池供电终端设备显著延长电池寿命。

【图形化编程——InterConnect Studio实现设计、仿真、采购全流程】

在使用传统CPLD或FPGA进行逻辑元件集成设计时，由于VHDL和Verilog硬件描述语言的学习门槛较高，工程师会面临复杂的编程挑战。而InterConnect Studio就特别考虑了这一需求，借助简单易用的GUI图形界面，工程师可以在没有任何编码经验的情况下快速配置TI的PLD器件，在短短几分钟时间内完成开发和仿真，从而推进到原型设计的阶段。

除了设计和仿真外，InterConnect Studio还集成了采购流程，工程师可以直接通过该平台完成PLD器件下单。

【可靠设计支持车规场景】

由于汽车和工业应用环境通常较为恶劣，需要满足高温等严苛条件。而TI的PLD支持-40℃至125℃的超宽温度范围，能够更好地适应这些应用场景。此外，TPLD还达到了汽车领域还要求通过的AEC-Q100认证，支持一次性可编程（OTP），为工业和汽车应用提供了更加安全、可靠的设计方案。

一颗TPLD替代传统分立逻辑器件方案，迎合小型化和集成化未来发展趋势

在各种工业、汽车等多种应用场景中的特定设计中，例如电源时序控制、电池过流过压检测、CANbus仲裁分立等，仍有很多客户采用分立方案搭建逻辑电路设计，而现在一颗TPLD就可以灵活满足这些客户的需求。而对于一些选择了专用ASIC的方案，Jose Gonzalez称TPLD的灵活性会更好——例如对比电源时序专用ASIC，“dedicate的这种时序IC来说，它的应用灵活性就会受制。我们集成了逻辑门在里面，还有比较器，很容易地结合外部的一些条件比如温度、电压电流这些条件去决定我的时序是power on还是power off，因此灵活性更好。”

在发布会现场，Jose为我们详细展示了如何通过一颗TPLD来替代CANbus仲裁分立方案。首先在InterConnect Studio中，在左侧的菜单栏中点击对应元件旁边的加号，即可实现不同元件添加。然后通过简单的拖放操作，即可在元件之间建立连接，并在主窗口下方的菜单中对其进行进一步微调。

如上图所示，电路图左侧和右侧分别有两个输入和输出（TX1/RX1和TX2/RX2），这是典型的CAN总线的发送和接收端口。中间部分的电路图使用了多个逻辑门（例如与门、或门）和反相器等，分别标注为SN74LVC系列芯片。其中包括了分立元件如电阻、电容（R1、R2、C1、C2）来实现信号处理功能。而整个的电路都可以在InterConnect Studio中通过对TPLD1201的点击、拖拽，在几分钟内完成快速的电路设计编程。

在完成设计电路并运行仿真后，客户只需按下CONFIGURE TPLD按钮，就可以通过TPLD编程器和评估模块轻松地临时配置器件。如果客户完成了最终设计，想要想要对器件进行永久编程，可通过勾选菜单中复选框来实现。

对比分立式元件的CANbus仲裁分立方案：总计需要5个元件，占用44.14平方毫米的面积。而一颗TI PLD的方案：仅需1个元件，占用2.56平方毫米的面积。最终实现了80%元件数减少、94%面积减少、50%无源器件减少。

对于需要程序预烧写的量产出货客户，可以将设计固件给到TI，由TI完成批量固件的烧写。而这种TPLD器件的型号会在后缀上加上客户特有代码来进行区分，从而能够保证客户的唯一性。

结语

逻辑器件在电子电路中起到了核心连接和控制作用，因此被称为每个电子产品设计的“粘合剂”。而由于逻辑器件相对于系统中的其他元件具有高度的标准化和通用性，因此也常常是作为系统设计选项中的最后部分，在系统的关键功能、架构和性能需求确定之后再进行选择。

但这不意味着它们能够被忽视或随意挑选。基于整个设备系统设计正在趋向于追求更极致的高功率密度、高算力密度的同时，在考虑选项时，优先选择TI的PLD将会为客户的电路板上更多功能留出足够空间。

Luke表示，TI在封装上的投资和创新，带来了最小的引线封装DYY Package，这使得TPLD尺寸更加紧凑；用一颗逻辑器件替代以往需要比较复杂的几颗到十几颗器件的设计，TPLD也就达成了更高的集成度。“基于现在我们对于产品的本身系统需要去简化、需要去小型化的大背景下，答案是肯定的，PLD小型化和集成化是一个未来的发展趋势。”