EDA技术及应用 教学课件 作者 张丽华第2章 可编程逻辑器件.ppt

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1、第2章可编程逻辑器件2.1可编程逻辑器件概述2.2低密度可编程逻辑器件（LDPLD）2.3复杂可编程逻辑器件（CPLD）2.4现场可编程门阵列（FPGA）器件2.5CPLD/FPGA开发应用选择本章小结2.1可编程逻辑器件概述2.1.1PLD的发展历程2.1.2PLD的分类2.1.3PLD的电路表示法2.1.1PLD的发展历程20世纪70年代，熔丝编程的PROM（ProgrammableReadOnlyMemory）和PLA（ProgrammableLogicArray）是最早出现的可编程逻辑器件。20世纪

2、70年代末，AMD公司对PLA进行了改进，推出了PAL（ProgrammableArrayLogic）器件，它由可编程的与阵列和固定的或阵列组成，是一种低密度、一次性可编程逻辑器件。20世纪80年代初，Lattice公司首先生产出了可电擦写的、比PAL使用更灵活的GAL（GenericArrayLogic）器件。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片FPGA（FieldProgrammableGateArray）器件。同一时期，Altera公司推出了EPLD（

3、ErasablePLD），它比GAL具有更高的集成度，可以用紫外线或电擦除。20世纪80年代末，Lattice公司又提出了在系统可编程ISP（InSystemProgrammability）的概念，并推出了一系列具有在系统可编程能力的CPLD（ComplexPLD）器件。此后，其它PLD生产厂家都相继采用了ISP技术。进入20世纪90年代后，可编程逻辑器件的发展十分迅速。主要表现为三个方面：一是规模越来越大；二是速度越来越高；三是电路结构越来越灵活，电路资源更加丰富。目前，器件的可编程逻辑门数已达上千万门以

4、上，可以内嵌许多种复杂的功能模块,如CPU核、DSP核、PLL(锁相环)等，可以实现单片可编程系统(SystemonProgrammableChip，SoPC)。2.1.2PLD的分类1．按集成度分类集成度是集成电路一项很重要的指标，按照集成度可以将可编程逻辑器件分为两类：①低密度可编程逻辑器件LDPLD（LowDensityPLD）。②高密度可编程逻辑器件HDPLD（HighDensityPLD）。一般以芯片GAL22V10的容量来区分LDPLD和HDPLD。不同制造厂家生产的GAL22V10的密度略有差

5、别，大致在500～750门之间。如果按照这个标准，PROM、PLA、PAL和GAL器件属于LDPLD，EPLD、CPLD和FPGA器件则属于HDPLD。2．按基本结构分类目前常用的可编程逻辑器件都是从与-或阵列和门阵列两种基本结构发展起来的，所以可以从结构上将其分成两大类器件：PLD器件和FPGA器件。这种分类方法将基本结构为与-或阵列的器件称为PLD器件，将基本结构为门阵列的器件称为FPGA器件。LDPLD（PROM、PLA、PAL、GAL）、EPLD、CPLD的基本结构都是与-或阵列，FPGA则是一种门

6、阵列结构。3．按编程工艺分类所谓编程工艺，是指在可编程逻辑器件中可编程元件的类型。按照这个标准，可编程逻辑器件又可分成五类：①熔丝型（Fuse）PLD，如早期的PROM器件。编程过程就是根据设计的熔丝图文件来烧断对应的熔丝，获得所需的电路。②反熔丝型（Anti-Fuse）PLD，如OTP（OneTimeProgramming，一次可编程）型FPGA器件。其编程过程与熔丝型PLD相类似，但结果相反，在编程处击穿漏层使两点之间导通，而不是断开。③UVEPROM型PLD，即紫外线擦除/电气编程器件。Altera的

7、Classic系列和MAX5000系列EPLD采用的就是这种编程工艺。④E2PROM编程器件，即电可擦写编程器件。Altera的MAX7000系列和MAX9000系列以及Lattice的GAL器件、ispLSI系列CPLD都属于这一类器件。⑤SRAM（StaticRadomAccessMemory，静态随机存取存储器）型PLD，可方便快速的编程(也叫配置)，但掉电后，其内容即丢失，再次上电需要重新配置，或加掉电保护装置以防掉电。大部分FPGA器件都是SRAM型PLD。如：Xilinx的FPGA（除XC810

8、0系列）。⑥FlashMemory（快闪存储器）型PLD，又称快速擦写存储器。它在断电的情况下信息可以保留。FlashMemory既具有ROM非易失性的优点，又具有存取速度快、可读可写，具有集成度高、价格低、耗电省的优点。Atmel的部分低密度PLD、Xilinx的XC9500系列CPLD采用这种编程工艺。除以上三种分类方法外，可编程逻辑器件还有其它的一些分类方法。如：按照制造工艺，可分为双极型和MOS型；还有人