pld的发展简史及应用展望

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1、PLD的发展简史及应用展望王康　沈祖斌（江汉大学数学与计算机科学学院，湖北武汉430056）【摘要】在半导体技术发展的推动下，可编程逻辑器件迎来了前所未有的发展机遇且实现了较大的突破，具有良好的在线修改能力即随时修改设计而不必改动其硬件电路的特点，如今它已成为电子设计领域中最具发展前途的器件。本文介绍了可编程逻辑器件的发展简史及它在数字电路实验、通信系统和ASIC设计三个领域中的应用，最后展望了可编程逻辑器件的发展趋势。.jyqk），它由固定的与阵列和可编程的或阵列组成。PROM采用熔丝技术，只能写一次，不能擦除和重写。随着技术的发展，此后又出现了

2、紫外线可擦除只读存储器UVEPROM和电可擦除只读存储器EEPROM。由于其价格便宜、速度低、易于编程，适合于存储函数和数据表格。可编程逻辑阵列（PLA）器件于20世纪70年代中期出现，它是由可编程的与阵列和可编程的或阵列组成，但由于器件的价格比较贵，编程复杂，资源利用率低，因而没有得到广泛应用。可编程阵列逻辑（PAL）器件是1977年美国MMI公司率先推出的，它采用熔丝编程方式，由可编程的与阵列和固定的或阵列组成，双极性工艺制造，器件的工作速度很高。由于它的设计很灵活，输出结构种类很多，因而成为第一个得到普遍应用的可编程逻辑器件。通用阵列逻辑（G

3、AL）器件是1985年Lattice公司最先发明的可电擦写、可重复编程、可设置加密位的PLD。GAL在PAL的基础上，采用了输出逻辑宏单元形式EECMOS工艺结构。在实际应用中，GAL器件对PAL器件仿真具有百分之百的兼容性，所以GAL几乎完全代替了PAL器件，并可以取代大部分标准SSI、MSI集成芯片，因而获得广泛应用。可擦除可编程逻辑器件（EPLD）是20世纪80年代中期Altera公司推出的基于UVEPROM和CMOS技术的PLD，后来发展到采用EECMOS工艺制作的PLD，EPLD的基本逻辑单元是宏单元,宏单元是由可编程的与阵列、可编程寄存

4、器和可编程I/O三部分组成的。从某种意义上讲，EPLD是改进的GAL，它在GAL基础上大量增加输出宏单元的数目，提供更大的与阵列，集成密度大幅提高，内部连线相对固定，延时小，有利于器件在高频下工作，但内部互连能力较弱。复杂可编程逻辑器件（CPLD）是20世纪80年代末Lattice公司提出了在线可编程技术（ISP）以后，于20世纪90年代初推出的。CPLD至少包含三种结构：可编程逻辑宏单元、可编程I/O单元和可编程内部连线，它是在EPLD的基础上发展起来的，采用EECMOS工艺制作，与EPLD相比，增加了内部连线，对逻辑宏单元和I/O单元也有很大的

5、改进。现场可编程门阵列（FPGA）器件是Xilinx公司1985年首家推出的，它是一种新型的高密度PLD，采用CMOS-SRAM工艺制作。FPGA的结构与门阵列PLD不同，其内部由许多独立的可编程逻辑模块（CLB）组成，逻辑块之间可以灵活地相互连接，CLB的功能很强，不仅能够实现逻辑函数，还可以配置成RAM等复杂的形式。配置数据存放在芯片内的SRAM中，设计人员可现场修改器件的逻辑功能，即所谓的现场可编程。FPGA出现后受到电子设计工程师的普遍欢迎，发展十分迅速。2可编程逻辑器件典型应用领域2.1在数字电路实验中的应用在传统数字电路实验中，要使用基

6、本门路，触发器等中小规模标准集成电路芯片等，进行一次实验课程需要准备大量的专门芯片，增加了器件的选购和管理的难度。使用PLD，在组合电路和相关实验中可以把PLD编程写为各种组合式门电路结构，还可以用它构成几乎所有的中规模组合集成电路，如译码器、编码器等。又如在做触发器实验中，利用一片GAL16V8芯片可以同时实现R-S触发器、J-K触发器、D触发器、T触发器等基本触发器。把PLD用于数字电路实验后，一般实验只要准备一片GAL16V8即可，大大减少了器件的选购、管理的工作量及经费的开支。此外，可编程逻辑器件还从很大程度上改变了数字系统的设计方式，最显

7、著的特点是它使硬件的设计工作更加简单方便，电路的逻辑功能可以由编程设定，在线装入和修改。2.2在通信系统中的应用可编程逻辑器件在通信领域中取着不可代替的作用，现代通信协议不断更新，因此选择灵活的PLD器件是很重要的。基于电可擦除编程工艺的CPLD的优点是多次编程后信息不会因断电而丢失。对于SRAM型FPGA来说，配置次数无限，在加电时刻能随时更改协议功能，大容量的FPGA是最好的选择。目前现代通信系统的发展方向是功能更强大、体积更小、速度更快，而FPGA在集成度、功能和速度上的优势正好满足通信系统的这些要求。2.3在ASIC设计中的应用可编程逻辑器

8、件是在专用型集成电路（ASIC）设计的基础上发展起来的，在ASIC设计方法中，通常采用全定制和半定制的电路设计方法，设计完