七讲ASIC的可编程器件实现方法.pptVIP

浙大微电子 第七讲ASIC的可编程器件实现方法 浙大微电子 韩 雁 2013.4 电路实现形式与成本的考量 对于数量较大的专用集成电路 采用版图设计的方法进行批量生产较为合理 全定制与标准单元法 均属于版图设计的方法 但当数量较小, 或仅是为某些样机研制样片 用现场可编程器件的方法来实现, 将是更合理的选择 可编程器件与现场可编程器件 可编程器件家族 可编程只读存储器ROM系列 可编程逻辑器件PLD系列 规模和功能都上了一个档次的CPLD系列 现场可编程门阵列FPGA系列 可编程器件的编程方法 工厂的掩膜编程方法 可编程ROM系列中的ROM和可编程逻辑器件中的PLA 用户的现场编程方法 除上面两类的其它器件 用户现场编程方法有着十分明显的优越性, 具有十分强大的生命力和发展潜力。 可编程器件与现场可编程器件 可编程器件家族 可编程只读存储器ROM系列 可编程逻辑器件PLD系列 规模和功能都上了一个档次的CPLD系列 现场可编程门阵列FPGA系列 1、可编程只读存储器系列 ROM（Read Only Memory） PROM（Programmable ROM） EPROM（Erasable PROM ） EEPROM/E2PROM（Electrical EPROM ） ROM (工厂掩膜编程) PROM（用户现场编程） EPROM （可擦除式现场编程） 采用可逆工作机理的“浮栅”雪崩注入MOS电路 EEPROM （电可擦除式现场编程） Flesh Memory 关于字线电压VG的产生电路 空载时本身消耗电流1uA (0消耗) 工作时消耗电流5mA 输出电压VG = 5-6V 建立时间20nS 在所有的PVT下，输出电压变化20mV 工艺角PVT包括SS,SF,FS,FF,TT 负载 电容3pF 本身工作电源电压Vcc=1.5~2.1V（1.8V士0.3V） 军品温度范围: -55°C~125°C 电阻必须片内集成 关于位线电压VD的产生电路 在所有的PVT下，电荷泵输出为6.75V和1.6mA 工艺角PVT包括SS,SF,FS,FF,TT 负载 30pF 负载电流从100uA到1.6mA范围内，输出电压降低小于 150mV 电荷泵的功效要大于40% 由电荷泵构成的电压源的功效要大于 70% 本身工作电压Vcc=1.5~2.1V（1.8V士0.3V） 军品温度范围: -55°C~125°C 输出电压纹波小于 +-50mv! 面积小于0.22mm2 2、可编程逻辑器件 PLD 可编“与”逻辑、可编“或”逻辑的PLA Programmable Logic Array 可编“与”逻辑、固定“或”逻辑的PAL Programmable Array Logic I/O端口亦可编程的GAL Generic Array Logic 可编程器件与现场可编程器件 可编程器件家族 可编程只读存储器ROM系列 可编程逻辑器件PLD系列 PLA PAL GAL 规模和功能都上了一个档次的CPLD系列 现场可编程门阵列FPGA系列 PLA（工厂掩膜编程） 任何组合逻辑的功能最终都可以转化为“与”之“或”的逻辑表达形式 F =ABC + BCD +AD 对栅极进行选择性开引线孔实际上就是对电路进行编程 乘积项之和 PAL（现场可编程） PAL是一种现场可编程的PLA 参照PROM的现场可编程技术 让设计者可自己“烧”逻辑（一次性器件） 且只对“与”阵列编程，“或”阵列为固定的。 GAL(现场可编程) 电可擦除的PAL（参照EEPROM叠栅工艺） 可多次使用。 输出端也设计成可编程的宏单元结构， 通过对若干个变量的控制, 可将输出设置成 组合逻辑输出 时序逻辑输出 三态输出 双向输入/输出 可编程器件与现场可编程器件 可编程器件家族 可编程只读存储器ROM系列 可编程逻辑器件PLD系列 规模和功能都上了一个档次的CPLD系列 现场可编程门阵列FPGA系列 3、CPLD Complex Programmable Logic Device 复杂可编程逻辑器件 是FPGA的雏形 电路结构与FPGA类似，规模、资源比FPGA少 FPGA与CPLD的辨别主要是根据其结构特点和工作原理： 以乘积项方式构成逻辑行为的器件称为CPLD 以查表法方式构成逻辑行为的器件称为FPGA 可编程器件与现场可编程器件 可编程器件家族 可编程只读存储器ROM系列 可编程逻辑器件PLD系列 规模和功能都上了一个档次的CPLD系列 现场可编程门阵列FPGA系列 4、FGPA (现场可编程逻辑阵列) 基本单元