EDA技术与应用 教学配套课件 陈海宴 第2章 可编程逻辑器件基础.pdfVIP

第2章可编程逻辑器件基础 • 2.1可编程逻辑器件概述 • 可编程逻辑器件PLD是一种已经封装好，具有 一定连线结构的全功能标准电路，可以由用户 编程或配置实现所需逻辑功能。在计算机硬 件、工业控制、智能仪表、数字视听设备、家 用电器等领域得到了广泛的应用。 • 目前生产大规模可编程逻辑器件的厂商主要有 Altera 、Xilinx 、Lattice和Actel等公司，产品各 有特点， 2.1.1可编程逻辑器件发展过程 • 20世纪70年代中期出现了可编程逻辑阵列PLA，PLA在结构上由 可编程的与阵列和可编程的或阵列构成，阵列规模小，编程也 比较繁琐。 • 20世纪80年代初，美国的Lattice公司发明了通用阵列逻辑GAL 。 GAL器件采用了输出逻辑宏单元（OLMC ）的结构和E2PROM工 艺，具有可编程、可擦写、可长期保持数据的优点，使用方 便，所以GAL得到了更为广泛的应用。 • 20世纪80年代中期，Altera公司推出了一种新型的可擦除、可编 程的逻辑器件EPLD，EPLD采用CMOS、SRAM和UVEP‐ROM工艺 制成，集成度更高，设计也更灵活，但它的内部连线功能较 弱。 • 1985年，美国Xilinx公司推出了现场可编程门阵列FPGA，这是一 种采用单元型结构的新型PLD器件。 • 复杂可编程逻辑器件CPLD，是从EPLD改进而来，采用E2PROM工 艺制作。 • PLD器件正处在不断发展和变革的过程中。 2.1.2可编程逻辑器件的分类 • 1、依据可编程逻辑器件的集成度分类 • 2、依据可编程逻辑器件内部互连结构分类 • 可以分为CPLD和FPGA。 • CPLD的内部互连资源由固定长度的连线资源组成， 布线资源确定，因此器件的定时特性通常可以从数 据手册上查阅，属于确定型结构。由于任意组合逻 辑都可以用“与‐或”表达式描述，所以阵列型结构能 实现大量的组合逻辑功能。 • FPGA内部互连结构由多种不同长度的连线资源组 成，布线不同，则延时不同，属于统计型结构。其 逻辑单元主要是由SRAM构成的函数发生器，即查找 表LUT （Look Up Table ），通过查找表来实现逻辑函 数功能。 • 3、依据可编程特性分类 • 可编程逻辑器件的编程特性分为一次性编程OTP （One Time  Programmable）和可多次编程MTP （Many Time  Programmable）。 • 4、依据可编程器件的编程元件分类 • 可编程逻辑器件的编程元件通常可以分为四类：采用一次性编 程的熔丝或反熔丝元件的可编程器件，如PROM和PAL；采用电 可写紫外线擦除元件的可多次编程器件如EPROM和部分FPGA； 采用电可写电擦除编程元件即EEPROM和Flash结构的可多次编 程器件，包括GAL、ispLSI和部分FPGA；基于静态存储器SRAM结 构的可多次编程器件，主要是多数的FPGA器件。CPLD主要是基 于EEPROM或Flash存储器编程，又可分为在编程器上编程和在 系统编程两类。 2.2 PROM、PLA、PAL和GAL基本结构 • 2.2.1 逻辑电路符号的表示方法 • 在PLD电路设计中，逻辑电路符号的表示方法与传统电路中有所不 同。如图2.2.1所示是PLD电路中最简单和常用的输入互补缓冲器电路 符号，输入信号A经过输入缓冲电路后，提供原变量A和反变量。 • 图2.2.2是电路中的不同连接表示方法， （a ）表示不连接，（b）表示固定连接， （c ）表示编程连接。 • 图2.2.3与门的表示方法，A 、B、C、D表示 与门的输入信号，其中信号A是固定连接， C是编程连接，F是输出信号，图2.2.4表示 的逻辑功能是F=A∙C；图2‐4是或门的表示方 法，信号A是固定连接，B、D是编程连接， F是输出信号，图2‐4表示的逻辑功能是 F=A+B+D。 2.2.2 PLD器件的基本结构 • PLD器件的基本结构是由与阵列、或阵列、 输入电路和输出电路组成，如图2.2.5所 示。