EDA技术课件修改第8章可编程逻辑器件基础及应用.ppt

第 8 章 可编程逻辑器件基础及应用 【学习目标】 通过本章学习应了解可编程逻辑器件的表示方法、可编程逻辑器件的分类、CPLD结构与原理、FPGA结构与原理、可编程逻辑器件应用选择和当前主流的可编程逻辑器件；掌握CPLD与FPGA的区别、CPLD/FPGA的编程与配置技术、CPLD/FPGA的电源设计。 8.1 可编程逻辑器件概述 8.1.1逻辑电路符号的表示 PLD内部结构的专用电路符号，如图8.1所示。 8.1 可编程逻辑器件概述 8.1.1逻辑电路符号的表示 PLD的输入缓冲部分能够提供输入信号的互补信号，其电路符号如图8.2所示，等效于图8.3的逻辑结构。 8.1 可编程逻辑器件概述 8.1 可编程逻辑器件概述 8.1.2 可编程逻辑器件的分类 1. 按PLD集成度分 如图8.7所示，较常见的分类是按集成度来区分不同的PLD器件，一般可分为以下两大类器件： ①芯片集成度较低:早期出现的PROM、PLA、PAL、GAL都属于这类，可用的逻辑门数大约在500门以下，称为简单PLD。 ②芯片集成度较高: 如现在大量使用的CPLD、FPGA器件，称为复杂PLD。 8.1 可编程逻辑器件概述 8.1 可编程逻辑器件概述 2. 按PLD结构分 可编程逻辑器件从结构上可分为两大类器件： ①乘积项结构器件:其基本结构为“与-或”阵列的器件，大部分简单PLD和CPLD都属于这个范畴。 ②查找表结构器件:由简单的查找表组成可编程门，再构成阵列形式，FPGA属于此类器件。 8.1 可编程逻辑器件概述 3.按编程工艺上划分 ①熔丝(Fuse)型器件:早期的PROM器件就是采用熔丝结构的，编程过程就是根据设计的熔丝图文件来烧断对应的熔丝，达到编程的目的。 ②反熔丝(Antifuse)型器件:是对熔丝技术的改进，在编程处通过击穿漏层使得两点之间获得导通，与熔丝烧断获得开路正好相反。 8.1 可编程逻辑器件概述 ③EPROM型:称为紫外线擦除电可编程逻辑器件，是用较高的编程电压进行编程，当需要再次编程时，用紫外线进行擦赊。与熔丝、反熔丝型不同，EPROM可多次编程。 ④E2PROM型:即电可擦写编程器件，现有的大部分CPLD及GAL器件采用此类结构。它是对EPROM的工艺改进，不需要紫外线擦除，而是直接用电擦除。 8.1 可编程逻辑器件概述 ⑤SRAM型:即SRAM查找表结构的器件，大部分FPGA器件都采用此种编程工艺，如Xilinx的FPGA、Altera的部分FPGA器件。在断电后信息就丢失了。 ⑥Flash型：采用Flash工艺的FPGA，可以实现多次可编程，也可以做到掉电后不需要重新配置。 例如，Actel公司的FPGA。 8.1 可编程逻辑器件概述 8.1.3 简单的PLD原理 根据与或阵列电路中只有部分电路可以编程以及组态的方式不同，PROM、PLA、PAL和GAL 4种电路的结构特点如表8.1所示。 8.1 可编程逻辑器件概述 8.1 可编程逻辑器件概述 8.1 可编程逻辑器件概述 图8.11所示的可编程输入/输出结构，其输出电路是一个三态缓冲器，反馈部分是一个又有互补输出的缓冲器。图中只画小了1个输出。 8.1 可编程逻辑器件概述 图8.12所示带反馈的寄存器输出结构，在系统时钟CLK的上升沿到来后，或门的输出被存入D触发器，然后通过选通三态缓冲器送到输山端。D触发器的Q输出经反馈缓冲器送到与阵列的输入端，这样的PAL具有记忆功能，能实现时序逻辑功能，而PROM和PLA没有寄存器结构，不能实现时序逻辑。 8.1 可编程逻辑器件概述 GAL和PAL最大的差别在于GAL的输出结构可由用户定义，是一种灵活可编程的输出结构。GAL的两种基本型号GAL16V8(20引脚)和GAL20V8(24引脚)可代替数10种PAL , 因而称为通用可编程逻辑器件。GAL的每一个输出端都集成了一个输出逻辑宏单元OLMC (Output Logic Macro Cell)。图8.13是GAL22V10的OLMC内部逻辑图。 8.1 可编程逻辑器件概述 8.2 CPLD的结构与原理 8.2.1 CPLD的结构 CPLD主要由可编程的与阵列、固定的或阵列、输入缓冲电路、输出宏单元组成，再加上一个全局共享的可编程与阵列，把多个宏单元连接起来，并增加了I／O控制模块的数量和功能。 8.2 CPLD的结构与原理 8.2.1 CPLD的结构 在CPLD中，通常将整个逻辑分为几个区，每个区相当于一个GAL或几个GAL的组合，再