第3章 可编程逻辑器件

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1、第3章可编程逻辑器件3.1可编程逻辑器件概述3.2Altera公司系列器件简介3.3Xilinx公司系列器件简介3.4Lattice公司系列器件简介3.1可编程逻辑器件概述可编程逻辑器件（PLD,ProgrammableLogicDevice）是20世纪70年代发展起来的一种新型逻辑器件，它是大规模集成电路技术与计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助生产（CAM）和计算机辅助测试（CAT）相结合的一种产物，是现代数字电子系统向着超高集成度、超低功耗、超小型封装和专用化方向发展的重要基础。它的应用和发展不仅

2、简化了电路设计，降低了成本，提高了系统的可靠性和保密性，而且给数字系统的设计方法带来了革命性的变化。本章主要介绍可编程逻辑器件的基本结构、工作原理，以及相关的工艺和编程。可编程逻辑器件的发展变化十分迅速，在学习这些内容中，应注意掌握基本的概念、结构和分析方法。下一页返回3.1可编程逻辑器件概述可编程逻辑器件是一种由用户编程实现所需功能的半定制集成电路，近年来发展十分迅速，已在国内外的计算机硬件、工业控制、智能仪表、数字视听设备、家用电器等领域得到了广泛的应用。可编程逻辑器件与EDA技术的结合，使得系统设

3、计人员与芯片设计人员相互渗透，从而快速、方便的构建数字系统。学习ASIC技术，掌握可编程逻辑器件的设计方法，已成为现代电子系统设计人员必须具备的基本技能之一。3.1.1PLD发展历程可编程逻辑器件发展到现在，已经产生了多种结构，形成了不同的产品。历史上，可编程逻辑器件经历了从PROM、PLA、PAL、GAL等简单可编程逻辑器件SPLD，到采用大规模集成电路技术的EPLD、CPLD、FPGA的发展过程，在结构、工艺、集成度、功能、速度和灵活性等方面都有很大的改进和提高。下一页返回上一页3.1可编程逻辑器件

4、概述综观可编程逻辑器件的发展情况，大体可以分为六个发展阶段：1.20世纪70年代初，熔丝编程的可编程只读存储器（PROM,ProgrammableRead-OnlyMemories）和可编程逻辑阵列（PLA,ProgrammableLogicArray）是最早的可编程逻辑器件。2.20世纪70年代末，对PLA器件进行了改进，AMD公司推出了可编程阵列逻辑（PAL,ProgrammableArrayLogic）。3.20世纪80年代初，Lattice公司发明了电可擦写的、比PAL器件使用更灵活的通用可编程

5、阵列逻辑（GAL,Generic-ProgrammableArrayLogic）。4.20世纪80年代中期，Xilinx公司提出了现场可编程的概念，同时生产出了世界上第一个FPGA器件。同一时期，Altera公司推出了EPLD器件，较GAL器件有更高的集成度，可以用紫外线或电擦除。下一页返回上一页3.1可编程逻辑器件概述5.20世纪80年代末，Lattice公司又提出了在系统可编程的概念，即ISP(InSystemProgrammable)技术，并且推出了一系列的具备在系统可编程能力的CPLD器件，将可

6、编程逻辑器件的性能和应用技术推向了一个全新的高度。6.进入20世纪90年代以后，集成电路技术进入到飞速发展的时期，可编程逻辑器件的规模超过了百万逻辑门，并且出现了内嵌复杂功能块（如加法器、乘法器、RAM、PLLCPU核、DSP核等）的超大规模器件SOPC(SystemOnaProgrammableChip)。下一页返回上一页3.1可编程逻辑器件概述可编程逻辑器件由于具备了可编程性和设计方便性两特点，目前已经成为当今世界上最富吸引力的半导体器件。可编程逻辑器件是一门正在发展着的技术，其未来将向着高密度、大

7、规模、低电压、低功耗、系统内可重构、可预测延时的方向发展。可以断定，随着工艺和结构的改进，可编程逻辑器件的集成度将进一步提高，性能将进一步完善，成本将逐渐下降，在现代电子系统设计中将起到越来越重要的作用。下一页返回上一页3.1可编程逻辑器件概述3.1.2可编程逻辑器件的基本结构和分类1.PLD器件的基本结构图3.1所示为PLD器件的基本结构框图，它由输入缓冲电路、与阵列、或阵列、输出缓冲电路等四部分组成。其中，“与阵列”和“或阵列”是PLD器件的主体，逻辑函数靠它们实现；输入缓冲电路主要用来对输入信号进

8、行预处理，以适应各种输入情况；输出缓冲电路主要用来对输出信号进行处理，用户可以根据需要选择各种灵活的输出方式（组合方式、时序方式）。我们知道，任何组合逻辑函数均可化为与或式，用“与门—或门”二级电路来实现，而任何时序电路又都是由组合电路加上存储元件（触发器）构成的，因而PLD的这种结构对实现数字电路具有普遍的意义。下一页返回上一页3.1可编程逻辑器件概述“与—或阵列”是PLD器件中最基本的结构，通过编程可改变“与阵列”和“或阵列”的内部连接