EDA技术和数字系统设计第5章 可编程逻辑器件ppt课件.ppt

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1、第5章可编程逻辑器件5.1可编程逻辑器件的基本结构及分类5.2低密度可编程逻辑器件GAL5.3复杂可编程逻辑器件CPLD5.4现场可编程门阵列(FPGA)的基本结构5.5其他可编程器件5.1可编程逻辑器件的基本结构及分类5.1.1概述可编程逻辑器件是20世纪70年代发展起来的一种新型逻辑器件。它以其独特的优越性能，一出现就受到了人们的青睐。它不仅速度快、集成度高，并且几乎能随心所欲地完成用户定义的逻辑功能(doasyouwish)，还可以加密和重新编程，其编程次数最大可达1万次以上。使用可编程逻辑器件可以大大简化硬件系统、降低成本、提高系统的可靠性

2、、灵活性和保密性。5.1.2基本结构及分类1.基本结构PLD的基本结构如图5.1所示。电路的主体是由门构成的与阵列和或阵列，逻辑函数要靠它们实现。为了适应各种输入情况，与阵列的每个输入端都有输入缓冲电路，从而使输入信号具有足够的驱动能力，并产生原变量(A)和反变量()两个互补的信息。图5.1PLD的基本结构框图2. PLD器件的分类1)按可编程的部位分类如图5.1所示，在PLD的各个方框中，通常只有部分可以编程或组态。根据它们的可编程情况，一般分为以下几类：(1)可编程只读存储器PROM(ProgrammableRead-OnlyMemory)： 

3、PROM的基本结构包括一个固定的与阵列，其输出加到一个可编程的或阵列上。PROM大多用来存储计算机程序和数据，此时固定的输入用作存储器地址，输出是存储器单元的内容，如图5.2所示。(2)可编程逻辑阵列PLA(ProgrammableLogicArray)： PLA是由可编程的与阵列和可编程的或阵列构成的，在实现逻辑函数时有极大的灵活性，但是这种结构编程困难，且造价昂贵，如图5.3所示。图5.2PROM的阵列结构图5.3PLA的阵列结构(3)可编程阵列逻辑PAL(ProgrammableArrayLogic)： PAL器件结合了PLA的灵活性及PRO

4、M的廉价和易于编程的特点。其基本结构包括一个可编程的与阵列和一个固定的或阵列，其阵列结构如图5.4所示。图5.4PAL(GAL)的阵列结构(4)通用逻辑阵列GAL(GenericArrayLogic)： GAL器件是在其他PLD器件的基础上发展起来的逻辑芯片，它的结构继承了PAL器件的与－或结构，并在这一基础上有了新的突破，增加了输出逻辑宏单元(OLMC)结构。以上各种PLD的主要区别如表5.1所示。表5.1PLD的分类分类与阵列或阵列输出电路PROM固定可编程固定PLA可编程可编程固定PAL可编程固定固定GAL可编程固定可组态2)按编程方法分类最

5、初的ROM是由半导体生产厂制造的，阵列中各点间的连线用厂家专门为用户设计的掩膜板制作，因而称为掩膜编程，一般用来生产存放固定数据和程序的ROM等。由于设计掩膜成本高，有一定的风险，因此人们又研制了一种熔丝编程的PROM，如图5.5所示，其中每个横线与纵线的交点处皆做有熔丝，因而任何一条横线与纵线都是相连的，编程时利用某一形式特殊的高幅度的电流将熔丝烧断即可。图5.5熔丝编程PROM示意图图5.6PN结击穿法PROM第三类编程方式称为可擦除PROM，简称EPROM(ErasableProgrammableROM)，其编程“熔丝”是一只浮栅雪崩注入型M

6、OS管，其结构如图5.7所示。编程时，在G2栅上注入电子来提高MOS的开启电压，从而达到编程的目的。图5.7EPROM的“熔丝”结构(a)结构图；(b)逻辑符号；(c) EPROM的外形图EPROM器件的上方有一个石英窗(如图5.7(c)所示)，就是为擦去编程信息而设置的。擦除时将器件放在紫外线处照射20min即可。正常运用时，应用黑色胶纸将其封住。另一种可擦除的PROM器件称为EEPROM或称E2PROM，它是一种电擦除的可编程器件，其编程“熔丝”与EPROM结构相仿。还有一种快闪存储器(Flashmemory)，它是采用一种类似于EPROM的单

7、管浮栅结构的存储单元，制成了新一代用电信号擦除的可编程ROM。图5.8SRAM的基本存储单元结构综上所述，ROM的编程方法是按掩膜ROM→PROM→EPROM→E2PROM次序发展的。通常把一次性编程的(如PROM)称为第一代PLD，把紫外光擦除的(如EPROM)称为第二代PLD，把电擦除的(如E2PROM)称为第三代PLD。第二代、第三代PLD器件的编程都是在编程器上进行的。在系统编程(ISP)器件的编程工作可以不用编程器而直接在目标系统或线路板上进行，因而称第四代PLD器件。3)按集成密度分类按集成密度分类，PLD可分为低密度可编程逻辑器件(L

8、DPLD)和高密度可编程逻辑器件(HDPLD)。历史上，GAL22V10是低密度PLD和高密度PLD的分水岭，一般也按照G