第八章可编程逻辑器件及其应用 + 主要内容 80概述 8.1可编程阵列逻辑(PAL器件 82通用逻辑阵列(GA器件 83复杂可编程逻辑器件(CPLD) 国大信
1 重大通信 学院•何伟 第八章 可编程逻辑器件及其应用 主要内容 8.0 概述 8.1 可编程阵列逻辑(PAL)器件 8.2 通用逻辑阵列(GAL)器件 8.3 复杂可编程逻辑器件(CPLD)
80概述 + 1)数字逻辑器件 ①通用型通常是SSI、MSI以及MPU 优点:适应性强(理论上可实现复杂的数字系统)、设计周期 短、成本低 缺点:功耗大、体积大、可靠性差、设计较被动。 ②专用型(通常是LSI、VLSr 优点:功耗小、体积小、可靠性高 缺点:适应性差(只适用专用数字系统)、设计周期长、成本 高 通用型 解决办法 矛盾 PLD 专用型 国大信
2 重大通信 学院•何伟 8.0 概述 1）数字逻辑器件 矛盾 PLD 通用型 专用型 解决办法 通用型(通常是SSI、MSI以及MPU) 优点：适应性强（理论上可实现复杂的数字系统）、设计周期 短、成本低 缺点：功耗大、体积大、可靠性差、设计较被动。 专用型(通常是LSI、VLSI) 优点：功耗小、体积小、可靠性高 缺点：适应性差（只适用专用数字系统）、设计周期长、成本 高
80概述 + 关于PLD 可编程逻辑器件(PLD)是用来实现定制逻辑功能的、用户可 自由配置的数字集成电路(ICs) 可编程逻辑器件可以利用其内部逻辑结构实现任何的布尔表 达式或者寄存器功能。 相反,象TL器件等现有的逻辑集成电路(Ics)只能提供 特定的逻辑功能,不能通过修改来满足具体电路的设计要求 现在,PLD制造商已经能够供应集成度和性能比分离元件高 而单位功能成本低于分离元件的可编程器件。 可编程逻辑器件已经成为比分离元件以及类似专用集成电路 ( ASICS)的全定制或者半定制器件更受欢迎的产品。 国大信
3 重大通信 学院•何伟 • 可编程逻辑器件 (PLD) 是用来实现定制逻辑功能的、用户可 自由配置的数字集成电路 (ICs) 。 • 可编程逻辑器件可以利用其内部逻辑结构实现任何的布尔表 达式或者寄存器功能。 • 相反， 象TTL 器件等现有的逻辑集成电路（ Ics）只能提供 特定的逻辑功能，不能通过修改来满足具体电路的设计要求 。 • 现在，PLD制造商已经能够供应集成度和性能比分离元件高， 而单位功能成本低于分离元件的可编程器件。 • 可编程逻辑器件 已经成为比分离元件以及类似专用集成电路 （ ASICs ）的全定制或者半定制器件更受欢迎的 产品。 关于PLD： 8.0 概述
80概述 + 2)PLD的特点 ①是作为通用型器件产生,其逻辑功能又是由用户子定义的专用 器件; ②是介于通用型和专用型之间的逻辑器件,即,既具有通用型的 优点,又具有专用型的长处,同时还具有设计主动性和保密性 的优点; ③逻辑功能的编程具有可重复性。 PLD在80年代发展非常快,主要产品有: ①PAL可编程阵列逻辑; ②GAL通用阵列逻辑; ③CPLD复杂可编程逻辑器件:L集成度非常高,也叫高密度 ④FPGA现场可编程门阵列可编程逻辑器件 HDPLD 国大信
4 重大通信 学院•何伟 是作为通用型器件产生，其逻辑功能又是由用户子定义的专用 器件； 是介于通用型和专用型之间的逻辑器件，即，既具有通用型的 优点，又具有专用型的长处，同时还具有设计主动性和保密性 的优点； 逻辑功能的编程具有可重复性。 PLD在80年代发展非常快，主要产品有： PAL——可编程阵列逻辑； GAL——通用阵列逻辑； CPLD——复杂可编程逻辑器件； FPGA——现场可编程门阵列 集成度非常高，也叫高密度 可编程逻辑器件HDPLD 2）PLD的特点 8.0 概述
80概述 + 3)几个概念 微米工艺 特征尺寸>1m的工艺 亚微米工艺特征尺寸=1~06m的工艺 深亚微米工艺特征尺寸=06~01pm 纳米工艺 特征尺寸<01pm 目前的主流工艺是035m和025m,最高可达018m,集 成度可达百万门,例如XLNX公司的 FPGA XO40250为250万 等效门,Io数大448脚 PLD改变了传统的数字系统设计方法,极大的减轻了电路设计 和PCD设计的工作量和难度,增强了设计的灵活性和可修改性, 提高了工作效率。 结论:PLD是设计和实现数字系统的理想器件。 国大信 5
5 重大通信 学院•何伟 3）几个概念 8.0 概述 微米工艺 ——特征尺寸>1μm的工艺 亚微米工艺 ——特征尺寸=1~0.6μm的工艺 深亚微米工艺——特征尺寸=0.6~0.1μm 纳米工艺 ——特征尺寸<0.1μm 目前的主流工艺是0.35μm和0.25μm，最高可达0.18μm，集 成度可达百万门，例如XILINX公司的FPGA XC40250为250万 等效门，IO数大448脚。 PLD改变了传统的数字系统设计方法，极大的减轻了电路设计 和PCD设计的工作量和难度，增强了设计的灵活性和可修改性， 提高了工作效率。 结论：PLD是设计和实现数字系统的理想器件
80概述 + PLD的设计过程 ①用EDA软件进行输入、编译、逻辑划分、优化、模拟(功能模拟、时序 模拟); ②用编程器对PLD编程或通过电缆进行在系统编程、在线配置。 注意:PROM实际上也是一种PLD,只是绝大多数情况是作存储器使用。 5)可编程技术的分类 ①按集成度来分 ●简单PLD,即SPLD,如:早期的PROM、PLA、PAL、GAL等; ●复杂PLD,即CPLD或FPGA; ②按编程工艺来分 次性编程熔丝型 反熔丝型 紫外光擦除的 EPROM 电擦除的 EPROM,即 EEPROM 可重复编程在系统编程 ISP--In System Programmable, E-PROMI或 FLASH 国大信 在线可重配置( CR-In Circuit Reconfigurability,SRAM和外部 EPROM
6 重大通信 学院•何伟 4）PLD的设计过程 熔丝型 反熔丝型 紫外光擦除的EPROM 电擦除的EPROM，即EEPROM 在系统编程(ISP—In System Programmable)，E2PROM或FLASH 在线可重配置(ICR—In Circuit Reconfigurability),SRAM和外部EPROM 8.0 概述 用EDA软件进行输入、编译、逻辑划分、优化、模拟（功能模拟、时序 模拟）； 用编程器对PLD编程或通过电缆进行在系统编程、在线配置。 注意：PROM实际上也是一种PLD，只是绝大多数情况是作存储器使用。 5）可编程技术的分类 按集成度来分 简单PLD，即SPLD，如：早期的PROM、PLA、PAL、GAL等； 复杂PLD，即CPLD或FPGA； 按编程工艺来分 一次性编程 可重复编程
80概述 + ③按结构来分 ●乘积项结构器件 查找表结构器件 国大信 7
7 重大通信 学院•何伟 按结构来分 8.0 概述 乘积项结构器件 查找表结构器件
第八章可编程逻辑器件及其应用 + 主要内容 √80概述 8.1可编程阵列逻辑(PAL器件 82通用逻辑阵列(GA器件 83复杂可编程逻辑器件(CPLD) 国大信 8
8 重大通信 学院•何伟 第八章 可编程逻辑器件及其应用 主要内容 8.0 概述 8.1 可编程阵列逻辑(PAL)器件 8.2 通用逻辑阵列(GAL)器件 8.3 复杂可编程逻辑器件(CPLD)
81可编程阵列逻辑(PAL器件 + 关于PAL ①可编程阵列逻辑( Programmable array logic) ②70年代末由MMI公司推出 ③双极性工艺、熔丝编程方式(一次性编程) ⑨是在FPLA(现场可编程逻辑阵列)基础上发展而来的 首先介绍FPLA器件 1)现场可编程逻辑阵列(FPLA) 几个符号: 国大信
9 重大通信 学院•何伟 8.1 可编程阵列逻辑(PAL)器件 可编程阵列逻辑（Programmabee Array Logic） 70年代末由MMI公司推出 双极性工艺、熔丝编程方式（一次性编程） 是在FPLA（现场可编程逻辑阵列）基础上发展而来的。 首先介绍FPLA器件。 1）现场可编程逻辑阵列（FPLA） 几个符号： 关于PAL：
81可编程阵列逻辑(PAL器件 + *口 P=0 A B C D AA BB P, P, P3 Pa B-D=D-P ,-D) A AB B (a) (c) EN A -A A 三态输出缓冲器 互补输出缓冲器 EN (d) 图1PLD电路中门电路的惯用画法 国大信 (a)与门(b)输出恒等于0的与门(c)或门 (d)互补输出的缓冲器(e)三态输出的缓冲器
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