在系统集成和电路板设计过程中，工程师常常需要根据输入输出信号实现管脚电平数字逻辑功能。使用外置独立逻辑元件通常会造成物料成本增加，因而不适合低成本系统。此外，微控制器需要具备高效的功率，才能实现电池驱动设备的长时间工作。这些问题在芯片设计层面就可以得到解决，方法是将可编程逻辑模块添加到输入输出端口，以集成与输入输出相关的板级胶合逻辑功能，并减少微控制器的一些信号处理任务，降低设备功耗。 我们提供了LED控制等应用示例，以展示逻辑门在减少物料成本和设备功耗方面所起的作用。

芯片设计工程师常常需要根据输入输出信号（Input and Output， I/O）实现管脚电平数字逻辑。例如，系统工程师利用微控制器进行时钟增殖时常常需要创建时钟树，将输入时钟输入至多个缓冲时钟（具有适当的驱动能力），和/或倒转时钟极性。还有许多场景下，系统工程师必须对I/O信号进行逻辑组合。 他们通常的方案是利用离散组合逻辑模块等外置元件实施最后时刻的改变，使用“蓝线（blue wire）”将元件连接起来。这不仅提高了物料成本，而且还会影响生产PCB时耗时的自转步骤。

图 1 MCU + 离散逻辑芯片

随着电池供电设备的快速增长，功耗已成为系统工程师关心的重要问题。每节省一点电能都将延长电池一次充电的使用时间。因此，系统工程师尝试在硬件上完成一些简单的I/O信号处理任务来降低CPU负载——CPU是系统的主要耗电部件。例如，将两个脉宽调制（PWM）信号输入到异或门，，输出信号即可实现呼吸灯。两个PWM信号拥有微小的频率差，频率差产生的拍频就是呼吸灯期望的呼吸频率。在这个方案中，如果固件中实现了运行逻辑，CPU将无需定时启动。

图2 8个呼吸灯的硬件实现