可编程逻辑器件发展简述

《可编程逻辑器件发展简述》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、9/20/20211第6章可编程逻辑器件•本章概要：本章介绍PLA、PAL、GAL、CPLD、EPLD和FPGA等各种类型可编程逻辑器件的电路结构、工作原理和使用方法，并介绍可编程逻辑器件的编程方法。•知识要点：（1）可编程逻辑器件的分类。（2）可编程逻辑器件的结构及特性。（3）可编程逻辑器件的编程方法。9/20/202126.1可编程逻辑器件的基本原理PROM是始于1970年出现第一块可编程逻辑器件PLD（ProgrammableLogicDevice），随后可编程逻辑器件又陆续出现了PLA、PAL、GAL、EPLD及现阶段的CPLD和FPGA等。可编程逻辑器件的出

2、现，不仅改变了传统的数字系统设计方法，而且促进了EDA技术的高速发展。EDA技术是以计算机为工具，代替人去完成数字系统设计中各种复杂的逻辑综合、布局布线和设计仿真等工作。设计者只需用硬件描述语言完成对系统功能的描述，就可以由计算机软件自行完成处理，得到设计结果。利用EDA工具进行设计，可以极大地提高设计的效率。9/20/202136.1.1可编程逻辑器件的分类可编程逻辑器件的密度分类低密度可编程逻辑器件(LDPLD)高密度可编程逻辑器件(HDPLD)可编程逻辑器件(PLD)PROMPLAPALGALEPLDCPLDFPGA9/20/202141．按集成密度分类可编程逻

3、辑器件从集成密度上可分为低密度可编程逻辑器件LDPLD和高密度可编程逻辑器件HDPLD两类。LDPLD通常是指早期发展起来的、集成密度小于700门/片左右的PLD如ROM、PLA、PAL和GAL等。HDPLD包括可擦除可编程逻辑器件EPLD（ErasableProgrammableLogicDevice）、复杂可编程逻辑器件CPLD（ComplexPLD）和FPGA三种，其集成密度大于700门/片。如Altera公司的EPM9560，其密度为12000门/片，Lattice公司的pLSI/ispLSI3320为14000门/片等。目前集成度最高的HDPLD可达25万门

4、/片以上。9/20/202152.按编程方式分类可编程逻辑器件的编程方式分为两类：一次性编程OTP（OneTimeProgrammable）器件和可多次编程MTP（ManyTimeProgrammable）器件。OTP器件是属于一次性使用的器件，只允许用户对器件编程一次，编程后不能修改，其优点是可靠性与集成度高，抗干扰性强。MTP器件是属于可多次重复使用的器件，允许用户对其进行多次编程、修改或设计，特别适合于系统样机的研制和初级设计者的使用。9/20/20216根据各种可编程元件的结构及编程方式，可编程逻辑器件通常又可以分为四类：①采用一次性编程的熔丝（Fuse）或反

5、熔丝（Antifuse）元件的可编程器件，如PROM、PAL和EPLD等。②采用紫外线擦除、电可编程元件，即采用EPROM、UVCMOS工艺结构的可多次编程器件。③采用电擦除、电可编程元件。其中一种是E2PROM，另一种是采用快闪存储器单元（FlashMemory）结构的可多次编程器件。④基于静态存储器SRAM结构的可多次编程器件。目前多数FPGA是基于SRAM结构的可编程器件。9/20/202173.按结构特点分类PLD按结构特点分为阵列型PLD和现场可编程门阵列型FPGA两大类。阵列型PLD的基本结构由与阵列和或阵列组成。简单PLD（如PROM、PLA、PAL和G

6、AL等）、EPLD和CPLD都属于阵列型PLD。现场可编程门阵列型FPGA具有门阵列的结构形式，它有许多可编程单元（或称逻辑功能块）排成阵列组成，称为单元型PLD。9/20/202186.2可编程逻辑器件的设计技术6.2.1概述在PLD没有出现之前，数字系统的传统设计往往采用“积木”式的方法进行，实质上是对电路板进行设计，通过标准集成电路器件搭建成电路板来实现系统功能，即先由器件搭成电路板，再由电路板搭成系统。数字系统的“积木块”就是具有固定功能的标准集成电路器件，如TTL的74/54系列、CMOS的4000/4500系列芯片和一些固定功能的大规模集成电路等，用户只能

7、根据需要选择合适的集成电路器件，并按照此种器件推荐的电路搭成系统并调试成功。设计中，设计者没有灵活性可言，搭成的系统需要的芯片种类多且数目大。9/20/20219PLD的出现，给数字系统的传统设计法带来新的变革。采用PLD进行的数字系统设计，是基于芯片的设计或称之为“自底向上”（Bottom-Up）的设计，它跟传统的积木式设计有本质的不同。它可以直接通过设计PLD芯片来实现数字系统功能，将原来由电路板设计完成的大部分工作放在PLD芯片的设计中进行。这种新的设计方法能够由设计者根据实际情况和要求定义器件的内部逻辑关系和管脚，这样可通过芯片设计实现多种数