正文描述:《数字电子技术第七章 半导体存储器和可编程逻辑器件 第三节 可编程逻辑器件PLD.ppt》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、电工电子技术主讲:第七章半导体存储器和可编程逻辑器件第三节可编程逻辑器件(PLD)可编程逻辑器件PLD是数字系统设计可采用的最新一代器件。随着半导体技术的飞速发展,数字技术可以说已经历了四代,即分立元件、SSI、MSI和LSI。1.PLD器件的发展概况PLD是20世纪70年代发展起来的一种新型逻辑器件。它主要是一种“与或”两级结构的器件,其最终逻辑结构和功能由用户编程决定。PLD器件包括PROM、GAL等多种结构。第一个PLD器件即可编程只读存储器(PROM),于20世纪70年代初期制成。至今已经历了以下几个发
2、展阶段:7.3可编程逻辑器件PLD第一阶段的产品是把“与”阵列全部连好,而“或”阵列为可编程的熔丝PROM;“与”阵列和“或”阵列均为可编程的PLA。第二阶段为“与”阵列可编程,而“或”阵列为固定的可编程阵列逻辑器PAL(ProgrammableArrayLogic)。第三阶段为通用阵列逻辑GAL(GenericArrayLogic)。第四阶段为复杂的可编程逻辑器CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice),将简单的PLD(PAL、GAL等)的概念作了进一步的扩展,并提高了集成度。现
3、场可编程门阵列FPGA(FieldPrgrammableGateArray),是20世纪80年代中期发展起来的另一类型的可编程器件。2.可编程逻辑器件的特点利用PLD器件设计数字系统具有以下优点:(1)减少系统的硬件规模单片PLD器件所能实现的逻辑功能大约是SSI/MSI逻辑器件的4~20倍,因此使用PLD器件能大大节省空间,减小系统的规模,降低功耗,提高系统可靠性。(2)增强逻辑设计的灵活性使用PLD器件可不受标准系列器件在逻辑功能上的限制,修改逻辑可在系统设计和使用过程的任一阶段中进行,并且只需通过对所用的
4、某些PLD器件进行重新编程即可完成,给系统设计者提供了很大的灵活性。(3)缩短系统设计周期由于PLD用户的可编程特性和灵活性,用它来设计一个系统所需时间比传统方法大大缩短。同时,在样机设计过程中,对其逻辑功能修改也十分简便迅速.无需重新布线和生产印制板。(4)简化系统设计,提高系统速度利用PLD的“与或”两级结构来实现任何逻辑功能,比用SSI/MSI器件所需逻辑级数少,这不仅简化了系统设计,而且减少了级延迟,提高了系统速度。(5)降低系统成本使用PLD器件设计系统,由于所用器件少,系统规模小,器件的测试及装配工
5、作节大大减少。可靠性得到提高,加上避免了修改逻辑带来的重新设计和生产等一系列问题,所以有效地降低了系统的成本。7.3.1PLD的电路表示法图7-16输入缓冲器图7-17与门表示法图7-18PLD连接线图7-19与门的缺省情况PROM基本结构:它由固定的与阵列和可编程的或阵列组成。与阵列是“全译码”阵列,当有n个输入时,就有2n个输入项,2n个积项。由于全译码方式使与阵列以2n增长,因而使PROM成为一个规模大而昂贵的器件。而2n大小的与阵列,使PROM的开关时间加长,因而PROM一般比其他PLD器件慢。再有,大
6、多数逻辑函数不需要使用输入的全部可能组合,因为其中许多组合是无效的或不可能出现的,这就使得PROM的与阵列不能得到充分利用。PROM除了用于随机逻辑设计中,其最早的和主要的用途还在存储器方面,现在市场上可买到的PROM器件的密度从64位至100万位不等。图7-20PROM电路的PLD表示法2.PROM电路的PLD表示法FPLA基本结构:类似于PROM。但是它的与阵列和或阵列都是可编程的。FPLA中的与阵列不是全译码的,而是“部分译码”的。图7-21FPLA电路的PLD表示法3.FPLA电路的PLD表示法(1)专
7、用输出结构(2)可编程I/O结构(3)寄存器输出结构(4)异或型输出结构图7-25PAL的4种输出结构GAL是Lattice公司于1985年首先推出的新型可编程逻辑器件。它采用了电擦除、电可编程的E2CMOS工艺制作,可以用电信号擦除并反复编程上百次。GAL器件输出端设置了可编程的输出逻辑宏单元OLMC(OutputLogicMacroCell),通过编程可以将OLMC设置成不同的输出方式。这样,同一型号的GAL器件可以实现PAL器件所有的各种输出电路工作模式,取代了大部分PAL器件,因此称为通用可编程逻辑器件
8、。GAL器件分为两大类:一类为普通型GAL,其与或阵列结构与PAL相似,如GAL16V8,ispGAL16Z8,GAL20V8等;另一类为新型GAL,其与或阵列均可编程,与FPLA结构相似,主要有GAL39V8。5.GAL电路的PLD表示法GAL器件的特点1)采用电擦除工艺和高速编程方法,使编程改写变得方便、快速,整个芯片改写只需数秒钟,一片可改写100次以上。2)采用高性能的E2CM
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