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数字逻辑功能
可编程器件按集成度来区分刃分为简单PLD(LPLD)和复杂PLD(cPu)。最早的可编程逻 辑器件是熔丝编程的只读存贮器PRoM,由于结构的限制,只能完成简单的数字逻辑功能。其后,出现了一类结构上稍复杂的可编程;压片,gp可编程逻辑器件(PLD).它能够完成各种数字逻辑功能。典型的PLD由一个“与”门和一个“或”门阵列组成,由于任意一“个组合逻辑都可以用“与—或”表达式来描述,所以PLD能以乘积和的形式完成大量的组合逻辑功能。可编程逻辑阵列PLA是这一阶段贴片钽电容巾的最早产品,它由一个“与”平面和一个“或”平面构成,但这两个平面的连接关系是可编程的(在结构图中常用M表示)。PIA器件既有现场可编程的,也有掩膜可编程的,虽然利用牢高,但运行速度较惕,仅适用于小规模逻辑。
随后出现了可编程阵列逻辑PAL。rAL由一“个可编程的“与”平面和一个固定的“或’’平面(在结构图中常用·表示)构成,或门的输出可以通过触发器有选择地被昼为寄存状态。NL器件是现场可编程的,但由于不便于用户使用和修改,目前已被淘汰。·
然而,枉PAL的基础上,随后发展出了一种通用阵列逻闻GAL(GMneri A恤LoRic)。它采 用EEPRoM工艺,彻底解决了焙丝型可编程器件的一次可编程问题,义现了电可擦陈、电可改写,其输出结构是可编程的逻辑定单元。由于GAL的设计具有很强的灵活性,所以至今仍被许多人使用。’
上述PLD器件的一个共同特点是可以实现速度特性较好的逻辑功能、可实现紫外线可擦除和电可擦除。但出于阵列规模较小、片内寄存器资源不足、I/o不够灵活以及编程不仪等缺点,目前已被复杂PLD代替。
复杂PLD可分为复杂可编程逻辑器件CPLD(c删Pl既PmgrammabLe Lo如Devic)和现场可‘编程门阵列5PGA(FNd Pr。卿nMbEe Gak AMy)。同以往的PAL和GAL等相比较,FPGVcPLD的规模比较大,它可以替代几—r名至几千块通用Ic;露片。这样的rFGA/cPLD实际L就是一个子系统部件。这两种器件ABC电子兼容了简单PLD和通用门阵列的优点,它们都具有体系结构和逻辑堆元灵活、集成度高以及适用范围宽的特点。可实现较大规模的电路,编程也很灵活。与A缴[:(APP比;比n5PM顺clc)相比,具有设计开发周期短、设计创造成本低、开发工具先进、标准产品无需测试、质量稳定以及可实时在线检验等优点,因此被广泛应用于产品的谅型设计和产:品生产(一般在1删。什以下)之中。
一个可编程的与阵列,如图5—95(a)所示。由因看出,为实现用户现场编程,在二极管与门的各支路与输出之间接入熔丝。编程者可以有选择地将某支路施加大电流将熔丝烧断。熔
丝烧断的支路其输入与输出断开。相反,熔丝保留的各支路的输入才成为有效输入,输出F是熔丝保留各支路输入的与逻辑函数,熔丝烧断各支路的输入在与函数中消失,实现可编程之目的。图5—95(b)是图5—95(a)中的与阵列的PLD表示。图5—95(b)中有一条行线六条列线,有六个交叉点,画有六个叉。图5—95(a)和(b)是未编程之前或编程后熔丝全部保留的与阵列表示情况。输出可实现六条列线上IC现货的六个输入逻辑变量的与逻辑函数,f(4,月,c)=4.4.6‘D“c”c=o n图5—95(c)给出烧断三个熔丝的情况,编程后实现的与逻辑函数是f(4,B,c)=4B c。图5—95(d)是图5—95(c)给出的与阵列的PLD表示。
图5。96(a)是一个可编程或阵列,其构成原理与可编程的与阵列相同。图5—96(b)是图5—96(a)给出的或阵列的PLD表示。或阵列的输入常常是与阵列的乘积项输出.或阵列的输出是编程后保留熔丝各支路输入乘积项之逻辑或。图5—96(c)和(d)给出实现F(PI,P:,P2)=P J?P3的可编程或阵列及其PLD表示。
一般说来.从阵列巾选择熔丝加以摧毁的过程称为编程。编程一般借助cAD或EDA软件程序将要求的逻辑函数影射成ABC电子熔丝图,然后再将熔丝因数据传送到专用编程器,由编程器选择并提供大电流来摧毁熔丝图中所指定的熔丝,进而完成编程。hymsm%ddz
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