第六章可编程逻辑器件.ppt

四川大学 《电子系统设计与实践》第6章 可编程逻辑器件 6.1 可编程逻辑器件概述 可编程逻辑器件（Programmable Logic Device，PLD）是一种大规模集成电路芯片，它可根据用户的实际要求，由用户或集成电路（IC）制造厂商对其进行编程，从而制造符合用户要求的专用电路。单片PLD上集成了大量逻辑门和具有一定功能的逻辑单元。PLD的基本结构如图6.1.1所示。其中，与阵列用以产生“与”逻辑项（乘积项），或阵列用以把所有与门输出的乘积项构成“与-或”形式的逻辑函数。 6.1 可编程逻辑器件概述 6.1 可编程逻辑器件概述 根据PLD门电路的集成度，可将其分为低密度和高密度PLD两大类 根据PLD中与阵列、或阵列是否可编程，可分为三种基本类型： 根据PLD的结构体系，可将其分为简单PLD（即SPLD，如PAL、GAL）、复杂PLD（如CPLD）和现场可编程门阵列FPGA三大类 6.1 可编程逻辑器件概述 传统的逻辑电路表示方法不适合于描述可编程逻辑器件PLD的内部结构和功能。为此可以采取一种新的逻辑表示法——PLD表示法。这种表示法在芯片内部配置和逻辑图之间建立了一一对应的关系，并将逻辑图和真值表结合起来，构成了一种紧凑而易于识读的表达形式。  6.1 可编程逻辑器件概述 6.1 可编程逻辑器件概述 可编程逻辑器件SPLD、CPLD和FPGA等都采用可编程元件存储逻辑配置数据或作为电子开关使用。常用的可编程元件有3种类型：熔丝（Fuse）或反熔丝（Antifuse）开关元件；浮栅编程元件，即EPROM和EEPROM；SRAM配置存储器元件。 6.1 可编程逻辑器件概述 （1）熔丝开关和反熔丝开关 （2）浮栅编程技术 （3）SRAM配置存储器 6.2 简单的可编程逻辑器件 6.2 简单的可编程逻辑器件 可编程阵列逻辑器件（PAL）是20世纪70年代后期推出的PLD器件。它采用可编程与门阵列和固定连接或门阵列的基本结构形式，一般采用熔丝编程技术实现与门阵列的编程。各种型号PAL的门阵列规模有大有小，但基本结构类似。 6.2 简单的可编程逻辑器件 6.2 简单的可编程逻辑器件 通用阵列逻辑（GAL）器件是在PAL器件的基础上产生的新一代器件，其结构与PAL器件一样，也是由可编程的与阵列去驱动固定的或阵列，但它的输出单元的结构与PAL器件完全不同。GAL器件的每个输出引脚都接有一个输出逻辑宏单元（OLMC） 6.2 简单的可编程逻辑器件 6.2 简单的可编程逻辑器件 GAL的基本结构 8个输入缓冲器（2～9脚）与8个反馈/输入缓冲器 8?8个与门可形成与阵列的64个乘积项。 8个输出逻辑宏单元OLMC， 系统时钟CLK（脚1）输入缓冲器，三态输出缓冲器的公用使能信号（脚11）的输入缓冲器。 6.2 简单的可编程逻辑器件 输出逻辑宏单元OLMC 输出逻辑宏单元OLMC(n)（属于引脚号n的OLMC）的逻辑图，OLMC(n)由4个多路开关MUX、1个D触发器及4个门G1～G4组成。通过不同的选择方式可以产生多种输出结构。 6.2 简单的可编程逻辑器件 6.2 简单的可编程逻辑器件 ① 寄存器模式：在寄存器模式下，OLMC有如下两种输出结构 寄存器输出结构 寄存器模式组合输出双向口结构 6.2 简单的可编程逻辑器件 6.2 简单的可编程逻辑器件 ② 复合模式：在复合模式下，OLMC则有如下两种结构。 组合输出双向口结构（如图所示）：大致与寄存器模式下组合输出双向口结构相同，区别是引脚CLK、OE在寄存器模式下为专用公共引脚，不可他用。 组合输出结构（如图所示）：除了无反馈外，其他同组合输出双向口结构。 6.2 简单的可编程逻辑器件 6.2 简单的可编程逻辑器件 ③ 简单模式：在简单模式下OLMC可定义为如下3种输出结构。 反馈输入结构 输出反馈结构 简单模式输出结构 6.2 简单的可编程逻辑器件 6.3 复杂的可编程逻辑器件（CPLD） CPLD将简单PLD（PAL、GAL等）的概念做了进一步的扩展，并提高了器件的集成度。与简单PLD相比，CPLD允许有更多的输入信号、更多的乘积项和更多的宏单元，包含多个逻辑单元块，每个逻辑块就相当于一个GAL器件 6.3 复杂的可编程逻辑器件（CPLD） 6.3 复杂的可编程逻辑器件（CPLD） MAX 7000系列器件是高性能、高密度CMOS CPLD，在制造工艺上采用了先进的CMOS EEPROM技术 每个芯片包含4个专用输入，可用做通用输入，也可作为每个宏单元和I/O引脚的高速、全局控制信号。其中，全局控制信