在上个世纪的80年代，当第一款商用移动电话出现在市场上时，它只有一种功能——人们离开家或者办公室时做为无线电话的用途。在90年代后期，这类设备不再只是简单的移动电话，而是成为多功能移动手机，能够拍摄和储存影像，存取因特网，播放并储存MP3等媒体档案，还具有其他更多的功能。生产厂商不断寻求新方法以便在单个掌上设备中整合更多的特性，用户也要求以更低的价格在更小的封装中获得更多的功能。此外，在实现这种高阶功能整合时应尽量降低功率消耗，以延长电池使用时间，对客户体验产生积极的影响。
掌上型设备生产厂商的设计选择
这些问题不但存在于移动手机市场中，而且也是所有掌上型产品生产厂商所面临的挑战，例如便携式媒体播放器、掌上游戏机和数字相机等。这些厂家一直处在必须迅速突出产品优势的压力下，以便赢得竞争。为解决这些问题，掌上型产品设计人员通常使用标准ASSP（专用标准产品）和芯片组，实现高阶整合，让产品迅速面市，以低成本获得最新的功能。然而，如果所有的生产厂商都从相同的标准ASSP和芯片组中进行选择，他们就很难推出真正具有优势的产品。产品不具有真正的优势或者不能增加附加价值，销售时就不得不接受市场价格，而成为普通商品。此外，消费性产品供货商发售量达到成百上千甚至数百万，因此，他们要求必须能够确保稳定供货。如果所使用的标准ASSP或者芯片组断货，除非重新设计产品，否则他们将无法应对这种变化。
另一种选择是采用ASIC（专用集成电路）设计方法，设计人员可以实现完全订制。ASIC设计方法需要较长的设计周期，一般在12-18个月，至少要进行一次组件重制。而且，和标准ASSP和芯片组标准产品相比，设计人员必须确信他们更需要实现订制功能。在消费性市场上，今天必备的产品功能很快就会过时，大部分供货商难以承担产品推迟面市或者发布的产品功能已经过时的风险。
掌上型产品设计人员的另一解决方案便是可编程逻辑组件。过去，人们并不认为PLD（可编程逻辑组件）适合掌上型应用，因为它无法满足电池供电产品的功率消耗（特别是静态功率消耗）和体积要求。现在，随着低功率消耗FPGA（现场可编程门阵列）和“零功率消耗”CPLD（复杂可编程逻辑组件）的出现，生产厂商能够灵活迅速地将产品推向市场，在产品中加入最新的功能。生产厂商不但可以在小外形封装中使用低功率消耗FPGA和CPLD，而且还能够选择使用裸晶粒，尽可能减少封装接脚。
Altera公司的Cyclone III系列等新的低成本FPGA，透过多种方法来尽量降低功率消耗。Cyclone III FPGA系列采用了TSMC（台积电）的65nm低功率消耗制程技术，包括可变沟道长度和多临界值电压等，实现了最低的整体功率消耗。手机组件等其他生产厂商也采用了这一种65nm低功率消耗制程技术。MAX IIZ组件等采用Flash的零功率消耗CPLD静态电流低于30 μA，并且能够自行断电和供电，实现了绝对最低静态功率消耗。而且，设计这些可编程逻辑组件的工具还能够在硬件实现之前，对功率消耗进行精确估算与优化。
PLD可以用做单独的组件，实现电压电平转换和供电排序等简单功能，还可以实现显示驱动或者处理器等复杂功能。PLD还能够结合标准ASSP和芯片组以扩展功能，或者和ASIC一起使用以修复缺陷。利用PLD，掌上型产品生产厂商能够迅速应对标准的变化，在产品设计后期甚至是产品发售之后，对组件进行设置，以满足消费者的需求。
应用实例
在标准便携式媒体播放器（PMP）系统中，主要功能模块是图像处理控制器。图像处理控制器要求的基本功能可以在一颗ASIC、ASSP或者DSP中实现，但是在原有的基础上，这些选择都有一定的局限。在基本设计中可以采用PLD做为辅助组件以增强功能，突出产品优势。PLD不但能够实现颜色空间转换和缩放等图像处理功能，还可以实现旋转和背光等影像增强功能，可直接替换这些标准组件。除了图像处理控制器等大负荷工作，PLD中的其他逻辑还能够实现更简单的功能，例如提供I2C扩展埠或者功率消耗管理等功能。
在掌上型应用中，PLD还比较适合用于教学娱乐玩具。教学娱乐玩具是一种便携式学习手段，以寓教于乐的形式向孩子传授知识。标准教学娱乐玩具的主要功能模块是信号调理控制器。信号调理控制器根据外部传感器的输入来控制马达。它对影像进行处理，并将影像装入到显示面板中，完成音频处理功能，例如音频音调合成等，并管理外部音讯来源。这三种是教学娱乐玩具系统所特有的功能，在您的设计中，PLD实现了非常灵活的设计，降低了风险，使产品能够尽快面市。而且，在实现信号调理控制器功能时，PLD的功率消耗要远远低于标准DSP组件。和便携式媒体播放器应用相似，PLD非常适合实现界面桥接、I/O扩展、功率消耗管理、电压电平转换、DSP配置和时钟产生等功能。
PLD甚至还可以用在功率消耗非常低的掌上型应用中，例如移动电话等。在下面的图4中，左侧一般是典型的日常管理功能，可以采用前面提到的PLD做为辅助组件来实现。而在左侧是其他的低功率消耗特性，可以在PLD中实现这些特性，以降低系统整体功率消耗。PLD能够用做低功率消耗电池监视协处理器、蓝牙LED闪烁协处理器、低功率消耗媒体协处理器，或者低功率消耗音讯缓冲控制器等。
除了消费性电子应用领域，军事和医疗成像等需要掌上型设备的市场也受益于使用PLD。软件无线电等掌上型军事应用需要非常高的整合度以满足SWaP（体积、重量和功率消耗）要求，这是因为在战场条件下，设备即使不充电也要能够使用数天时间。低功率消耗FPGA还可以在单颗组件中整合处理功能，处理大运算量信号，而对电池使用时间影响非常小。
对系统的整体影响
除了能够灵活地满足特殊功能要求，PLD还在整体上对系统产生了积极的影响。单芯片PLD中整合部分甚至全部功能可以大大减小电路板面积，降低设计复杂度和系统BOM（材料列表）成本。低功率消耗FPGA和零功率消耗CPLD还提供针对监视和控制的功能，降低了系统整体功率消耗，延长了掌上型产品的电池使用时间。其另一个主要优势是可保证供货。这些产品的上架时间不论是6个月还是6年，最初的设计都很容易导入到最新一代PLD中，而标准组件不采取直接替代产品将很快断货。PLD还提供满足全欧洲和中国RoHS（降低有害物质）条例要求的产品封装。PLD方法支持设计重用，在现有设计中迅速加入其他特性或者功能，而不必重新建构整个产品，不用改动硬件。
总结
所有掌上型产品生产厂商都希望率先在市场上推出功能最契合需求的产品。使用ASSP、芯片组或者DSP组件等标准方法，生产厂商能够很快地发布产品，但是很难突出产品优势。而使用ASIC等订制解决方案有可能在进度和功能方面带来很大的风险。随着低功率消耗FPGA和零功率消耗CPLD的出现，掌上型产品生产厂商现在有更可行的选择来满足其功率消耗要求，同时保持高度的灵活性，实现产品及时面市。
掌上型设备生产厂商的设计选择
这些问题不但存在于移动手机市场中，而且也是所有掌上型产品生产厂商所面临的挑战，例如便携式媒体播放器、掌上游戏机和数字相机等。这些厂家一直处在必须迅速突出产品优势的压力下，以便赢得竞争。为解决这些问题，掌上型产品设计人员通常使用标准ASSP（专用标准产品）和芯片组，实现高阶整合，让产品迅速面市，以低成本获得最新的功能。然而，如果所有的生产厂商都从相同的标准ASSP和芯片组中进行选择，他们就很难推出真正具有优势的产品。产品不具有真正的优势或者不能增加附加价值，销售时就不得不接受市场价格，而成为普通商品。此外，消费性产品供货商发售量达到成百上千甚至数百万，因此，他们要求必须能够确保稳定供货。如果所使用的标准ASSP或者芯片组断货，除非重新设计产品，否则他们将无法应对这种变化。
另一种选择是采用ASIC（专用集成电路）设计方法，设计人员可以实现完全订制。ASIC设计方法需要较长的设计周期，一般在12-18个月，至少要进行一次组件重制。而且，和标准ASSP和芯片组标准产品相比，设计人员必须确信他们更需要实现订制功能。在消费性市场上，今天必备的产品功能很快就会过时，大部分供货商难以承担产品推迟面市或者发布的产品功能已经过时的风险。
掌上型产品设计人员的另一解决方案便是可编程逻辑组件。过去，人们并不认为PLD（可编程逻辑组件）适合掌上型应用，因为它无法满足电池供电产品的功率消耗（特别是静态功率消耗）和体积要求。现在，随着低功率消耗FPGA（现场可编程门阵列）和“零功率消耗”CPLD（复杂可编程逻辑组件）的出现，生产厂商能够灵活迅速地将产品推向市场，在产品中加入最新的功能。生产厂商不但可以在小外形封装中使用低功率消耗FPGA和CPLD，而且还能够选择使用裸晶粒，尽可能减少封装接脚。
Altera公司的Cyclone III系列等新的低成本FPGA，透过多种方法来尽量降低功率消耗。Cyclone III FPGA系列采用了TSMC（台积电）的65nm低功率消耗制程技术，包括可变沟道长度和多临界值电压等，实现了最低的整体功率消耗。手机组件等其他生产厂商也采用了这一种65nm低功率消耗制程技术。MAX IIZ组件等采用Flash的零功率消耗CPLD静态电流低于30 μA，并且能够自行断电和供电，实现了绝对最低静态功率消耗。而且，设计这些可编程逻辑组件的工具还能够在硬件实现之前，对功率消耗进行精确估算与优化。
PLD可以用做单独的组件，实现电压电平转换和供电排序等简单功能，还可以实现显示驱动或者处理器等复杂功能。PLD还能够结合标准ASSP和芯片组以扩展功能，或者和ASIC一起使用以修复缺陷。利用PLD，掌上型产品生产厂商能够迅速应对标准的变化，在产品设计后期甚至是产品发售之后，对组件进行设置，以满足消费者的需求。
应用实例
在标准便携式媒体播放器（PMP）系统中，主要功能模块是图像处理控制器。图像处理控制器要求的基本功能可以在一颗ASIC、ASSP或者DSP中实现，但是在原有的基础上，这些选择都有一定的局限。在基本设计中可以采用PLD做为辅助组件以增强功能，突出产品优势。PLD不但能够实现颜色空间转换和缩放等图像处理功能，还可以实现旋转和背光等影像增强功能，可直接替换这些标准组件。除了图像处理控制器等大负荷工作，PLD中的其他逻辑还能够实现更简单的功能，例如提供I2C扩展埠或者功率消耗管理等功能。
在掌上型应用中，PLD还比较适合用于教学娱乐玩具。教学娱乐玩具是一种便携式学习手段，以寓教于乐的形式向孩子传授知识。标准教学娱乐玩具的主要功能模块是信号调理控制器。信号调理控制器根据外部传感器的输入来控制马达。它对影像进行处理，并将影像装入到显示面板中，完成音频处理功能，例如音频音调合成等，并管理外部音讯来源。这三种是教学娱乐玩具系统所特有的功能，在您的设计中，PLD实现了非常灵活的设计，降低了风险，使产品能够尽快面市。而且，在实现信号调理控制器功能时，PLD的功率消耗要远远低于标准DSP组件。和便携式媒体播放器应用相似，PLD非常适合实现界面桥接、I/O扩展、功率消耗管理、电压电平转换、DSP配置和时钟产生等功能。
PLD甚至还可以用在功率消耗非常低的掌上型应用中，例如移动电话等。在下面的图4中，左侧一般是典型的日常管理功能，可以采用前面提到的PLD做为辅助组件来实现。而在左侧是其他的低功率消耗特性，可以在PLD中实现这些特性，以降低系统整体功率消耗。PLD能够用做低功率消耗电池监视协处理器、蓝牙LED闪烁协处理器、低功率消耗媒体协处理器，或者低功率消耗音讯缓冲控制器等。
除了消费性电子应用领域，军事和医疗成像等需要掌上型设备的市场也受益于使用PLD。软件无线电等掌上型军事应用需要非常高的整合度以满足SWaP（体积、重量和功率消耗）要求，这是因为在战场条件下，设备即使不充电也要能够使用数天时间。低功率消耗FPGA还可以在单颗组件中整合处理功能，处理大运算量信号，而对电池使用时间影响非常小。
对系统的整体影响
除了能够灵活地满足特殊功能要求，PLD还在整体上对系统产生了积极的影响。单芯片PLD中整合部分甚至全部功能可以大大减小电路板面积，降低设计复杂度和系统BOM（材料列表）成本。低功率消耗FPGA和零功率消耗CPLD还提供针对监视和控制的功能，降低了系统整体功率消耗，延长了掌上型产品的电池使用时间。其另一个主要优势是可保证供货。这些产品的上架时间不论是6个月还是6年，最初的设计都很容易导入到最新一代PLD中，而标准组件不采取直接替代产品将很快断货。PLD还提供满足全欧洲和中国RoHS（降低有害物质）条例要求的产品封装。PLD方法支持设计重用，在现有设计中迅速加入其他特性或者功能，而不必重新建构整个产品，不用改动硬件。
总结
所有掌上型产品生产厂商都希望率先在市场上推出功能最契合需求的产品。使用ASSP、芯片组或者DSP组件等标准方法，生产厂商能够很快地发布产品，但是很难突出产品优势。而使用ASIC等订制解决方案有可能在进度和功能方面带来很大的风险。随着低功率消耗FPGA和零功率消耗CPLD的出现，掌上型产品生产厂商现在有更可行的选择来满足其功率消耗要求，同时保持高度的灵活性，实现产品及时面市。
