第5章 可编程逻辑器件.ppt

第5章 可编程逻辑器件 5.1 可编程逻辑器件的基本结构及分类 5.2 低密度可编程逻辑器件GAL 5.3 复杂可编程逻辑器件CPLD 5.4 现场可编程门阵列(FPGA)的基本结构 5.5 其他可编程器件 5.1 可编程逻辑器件的基本结构及分类 5.1.1 概述 可编程逻辑器件是20世纪70年代发展起来的一种新型逻辑器件。它以其独特的优越性能，一出现就受到了人们的青睐。它不仅速度快、集成度高，并且几乎能随心所欲地完成用户定义的逻辑功能(do as you wish)，还可以加密和重新编程，其编程次数最大可达1万次以上。使用可编程逻辑器件可以大大简化硬件系统、降低成本、提高系统的可靠性、灵活性和必威体育官网网址性。 5.1.2 基本结构及分类 1. 基本结构 PLD的基本结构如图5.1所示。电路的主体是由门构成的与阵列和或阵列，逻辑函数要靠它们实现。为了适应各种输入情况，与阵列的每个输入端都有输入缓冲电路，从而使输入信号具有足够的驱动能力，并产生原变量(A)和反变量()两个互补的信息。 2. ?PLD器件的分类 1) 按可编程的部位分类 如图5.1所示，在PLD的各个方框中，通常只有部分可以编程或组态。根据它们的可编程情况，一般分为以下几类： (1) 可编程只读存储器PROM(Programmable Read-Only Memory)：?PROM的基本结构包括一个固定的与阵列，其输出加到一个可编程的或阵列上。PROM大多用来存储计算机程序和数据，此时固定的输入用作存储器地址，输出是存储器单元的内容，如图5.2所示。 (2) 可编程逻辑阵列PLA(Programmable Logic Array)：?PLA是由可编程的与阵列和可编程的或阵列构成的，在实现逻辑函数时有极大的灵活性，但是这种结构编程困难，且造价昂贵，如图5.3所示。 (3) 可编程阵列逻辑PAL(Programmable Array Logic)：?PAL器件结合了PLA的灵活性及PROM的廉价和易于编程的特点。其基本结构包括一个可编程的与阵列和一个固定的或阵列，其阵列结构如图5.4所示。 (4) 通用逻辑阵列GAL(Generic Array Logic)：?GAL器件是在其他PLD器件的基础上发展起来的逻辑芯片，它的结构继承了PAL器件的与－或结构，并在这一基础上有了新的突破，增加了输出逻辑宏单元(OLMC)结构。 以上各种PLD的主要区别如表5.1所示。 2) 按编程方法分类 最初的ROM是由半导体生产厂制造的，阵列中各点间的连线用厂家专门为用户设计的掩膜板制作，因而称为掩膜编程，一般用来生产存放固定数据和程序的ROM等。 由于设计掩膜成本高，有一定的风险，因此人们又研制了一种熔丝编程的PROM，如图5.5所示，其中每个横线与纵线的交点处皆做有熔丝，因而任何一条横线与纵线都是相连的，编程时利用某一形式特殊的高幅度的电流将熔丝烧断即可。 第三类编程方式称为可擦除PROM，简称EPROM(Erasable Programmable ROM)，其编程“熔丝”是一只浮栅雪崩注入型MOS管，其结构如图5.7所示。编程时，在G2栅上注入电子来提高MOS的开启电压，从而达到编程的目的。 EPROM器件的上方有一个石英窗(如图5.7(c)所示)，就是为擦去编程信息而设置的。擦除时将器件放在紫外线处照射20 min即可。正常运用时，应用黑色胶纸将其封住。 另一种可擦除的PROM器件称为EEPROM或称E2PROM，它是一种电擦除的可编程器件，其编程“熔丝”与EPROM结构相仿。 还有一种快闪存储器(Flash memory)，它是采用一种类似于EPROM的单管浮栅结构的存储单元，制成了新一代用电信号擦除的可编程ROM。 综上所述，ROM的编程方法是按掩膜ROM→PROM→EPROM→E2PROM次序发展的。通常把一次性编程的(如PROM)称为第一代PLD，把紫外光擦除的(如EPROM)称为第二代PLD，把电擦除的(如E2PROM)称为第三代PLD。 第二代、第三代PLD器件的编程都是在编程器上进行的。在系统编程(ISP)器件的编程工作可以不用编程器而直接在目标系统或线路板上进行，因而称第四代PLD器件。