EDA电子设计自动化7_pldppt课件.ppt

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1、刘宏哈尔滨学院物理与电子工程系第七章PLD7.1可编程器件概述可编程器件经过几年的发展，芯片规模、密度、性能有了惊人的变化。可编程逻辑器件成为计算机应用、通信技术、自动控制、仪器仪表领域广受技术人员欢迎的器件，是科学实验、样机试制、小批量生产的最佳选择，是ASIC芯片设计的实现载体之一。可编程器件研究是EDA工程领域的一个分支。现在的电子设计师，不仅要设计电子线路，设计PCB板，还要设计ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)芯片。掌握现代电子设计方法，熟悉可编程器件结构

2、是当前我国电子企业工程师的当务之急，是高校电子类、计算机类本科生、研究生的必修课。可编程逻辑器件的用途可编程逻辑器件，主要是指CPLD和FPGA，能应用在不同的高科技研发领域，如数字电路设计、微处理器系统、DSP、电信、可重构计算机及ASIC设计。由于以EEPROM、SRAM或FLASH为基础，用户可以通过计算机对芯片进行编程，大大降低成本和缩短开发时间。在中国，通信设备制造商是PLD的最大用户。此外，也有厂家正用PLD开发DAD，机顶盒、可视电话和Internet家庭娱乐设备。PLD业界有三大发展方向(1)向密度

3、更高、速度更快、频带更宽的百万门系统级方向发展。(2)向嵌入标准或通用功能方向发展。(3)向低电压、低功耗的绿色元件方向发展。许多工程师并未充分意识到PLD作用，他们仍然停留在过去的看法上，如成本高、性能低、只适合ASIC原型设计等。其实今天的FPGA可以做系统级芯片!5·2可编程技术方法人们通常用"ASIC"这个术语来指门阵列、标准单元器件和完全定制的集成电路。从更为普通的用法上看，"ASIC"还包括了人们熟知的"现场可编程器件(FPD)"的系列器件。"FPD"亦可理解为用户能在应用现场定制的任何集成电路(IC)

4、的统称。FPD的种类繁多，术语本身也在不断变化。例如，在1995年的"FPD"一般只用于数字式逻辑电路，如简单的PLD(简单可编程逻辑器件)、CPLD(复杂可编程逻辑器件)和FPGA(现场可编程门阵列)。但现在已发展到把现场可编程模拟器件(FPAD)、现场可编程混合信号器件(FPMSD)也包括在内。7·2·1编程技术"编程技术"是指用以生成FPD用户可编程转换的物理技术。其最常用的技术有熔断丝型链接、反熔丝型、EPROM和EEPROM单元电路、晶体管和SRAM单元电路。熔丝型链接器件熔丝型链接器件与家用电器的保险丝

5、相类似，加过大电流会直接改变其电性能。两类主要的熔断丝型链接技术是指采用旁侧式熔断丝或是垂直式熔断丝。旁侧式熔断丝有一种与BJT串联的钨铁合金丝，当有足够大的电流流过时就会使其熔断。这种类型的熔断丝开始处于短路状态，在对其编程后则变为开路。而垂直式的方式是:晶体管在BJT基极、发射极处形成一个垂直熔断丝。这种类型的链接开始处于开路状态，因为BJT的作用像两个背对的二极管，从而阻碍电流的流通。但是如果强迫一个序列的电流浪涌通过BJT的发射极，那就会发生雪崩效应，发射极即"崩溃"并熔化，呈现短路状态。作为另一种类型的熔

6、断式链接，是某些FPD(主要是CPLD和FPGA)采用反熔断丝技术。反熔断丝链接是在两层金属层之间有一条非晶硅(非结晶态的)通道。在未编程状态时，非晶硅是绝缘体，其阻值大于1G，但是用户可以对该器件的输入加大电流(约2OmA)信号，以对反熔断丝链接进行编程。这种编程电流信号，使绝缘的非晶硅变成导电的多晶硅，从而使链接有效地"增长"。熔断丝型链接和反熔断丝技术都是人们熟知的"一次性可编程"(OTP)技术，因为一旦对其完成了编程，就无法恢复原来状态，也不能再改变其状态(虽然对未编程的链接你还可以修改)。传统可编程器件(

7、SPLD)的设计一般都以AND阵列、OR阵列为基础的PLA。在PLA中AND功能的数量不受输入数量的限制。OR功能的数量也不受输入数量和AND功能数量的限制。同时，SPLD也不需要AND输入阵列反馈到OR输出阵列;某些器件有两个NAND(与非)阵列，其他的有两个NOR(或非)阵列，有的则有一个NAND阵列驱动一个NOR阵列。甚至有"折叠逻辑"，以一个单一的阵列为基础，将其输出反馈回阵列以实现"和一积"表达式。许多应用并不要求AND和OR阵列都是可编程的。例如，在PAL器件中，AND阵列是可编程的，而OR阵列则是预先

8、定义的。PLA"比PAL更为灵活，但PAL的运行速度较快，因为硬线连接所用的转换时间比相应可编程所用的时间要少。事实上由于速度快、造价也低，所以PAL是所有SPLD中最为常用的方式。SPLD器件系列中最后一种是PROM，它可以看成是一个驱动预先定义了的可编程OR阵列的AND阵列(事实上PROM的内部层次结构更近似于一个驱动可编程OR阵列的解码器)。人们常常把