第2章 可编程逻辑器件ppt课件.ppt

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1、第2章可编程逻辑器件2.1概论2.2简单PLD原理2.3CPLD的结构与工作原理2.4FPGA的结构与工作原理2.5硬件测试技术2.6FPGA/CPLD产品概述2.7编程与配置1☆数字电路系统分为组合电路和时序电路，均可由基本门构成。☆组合电路在逻辑上输出总是当前输入的函数；时序电路的输出是当前系统状态与当前输入的函数，它含有存储元件。☆任何组合逻辑函数都可化为“与-或”表达式，从而都可用“与”门和“或”门来实现。时序电路都可由组合电路加上存储元件（锁存器、触发器、RAM）构成。由此，提出了乘积项逻辑可编程结构。2.1概论PLD（ProgrammableLog

2、icDevice）2特点：结构简单。后来，又根据ROM工作原理、地址信号和输出数据的关系，以及ASIC的门阵列法得到启发，构造出另一种可编程逻辑结构，即查找表逻辑。其逻辑函数采用RAM“数据”查找的方式，并使用多个查找表构成一个查找表阵列，称为可编程门阵列PGA（ProgrammableGateArray）。基本PLD器件的原理结构图输入缓冲电路与阵列或阵列输出缓冲电路输入﹒︰输出﹒︰3一、PLD的发展历程20世纪70年代，最早的可编程逻辑器件PROM和PLA；20世纪70年代末，AMD公司推出PAL；20世纪80年代初，Lattice公司发明电可擦写的GAL

3、器件；20世纪80年代中期，Xilinx公司提出现场可编程概念，同时生产出世界上第一片FPGA器件；Altera公司推出EPLD器件，较GAL有更高的集成度，可用紫外线或电擦除；20世纪80年代末，Lattice公司又提出在系统可编程技术，并推出一系列具有在系统可编程能力的CPLD器件，将可编程器件的性能和应用技术推向了一个全新的高度；进入20世纪90年代后，可编程集成电路技术进入飞速发展时期。器件的可用逻辑门数超过百万门，并出现了内嵌复杂功能模块（如加法器、乘法器、RAM、CPU核、DSP核、DLL等）的SOPC（SystemOnaProgrammableC

4、ircuit）。4二、PLD的种类及分类方法低密度PLD、高密度PLD（超过500门）PLD低密度器件（LDPLD）PLA、PROM、PAL、GAL高密度器件（HDPLD）EPLD、CPLD、FPGA1、根据器件密度：5FPGA（FieldProgrammableGatesArray）分段式布线，延迟不可预测CPLD（ComplexProgrammableLogicDevice）连续式布线，延迟可预测3、互连结构2、编程结构乘积项结构(PROM、PLA、PAL、GAL、EPLD、CPLD)查找表结构(FPGA)6熔丝（Fuse）型反熔丝（Anti-fuse）型

5、：如Actel公司的FPGA器件EPROM（ErasablePROM）紫外线擦除，电可编程。EEPROM（ElectricallyEPROM）可直接用电擦写Flash型（闪存）：信息在一瞬间即可被存储。SRAM型：编程速度、编程要求较低，被大部分FPGA采用，如Xilinx和Altera公司的FPGA。4、编程工艺7前五类编程元件为非易失性元件，编程后能使逻辑配置数据保持在器件上。SRAM类为易失性元件，即每次掉电后逻辑配置数据会丢失，需专用配置元件。熔丝型开关和反熔丝开关元件只能写一次；采用浮栅编程的EPROM、EEPROM、Flash元件和SRAM编程元件

6、则可以进行多次编程。反熔丝开关元件一般用在要求较高的军品系列（如通信卫星、航空电子仪器等）器件上，而浮栅编程元件一般用在民品系列器件上。8三、可编程逻辑器件的发展趋势向高密度和大规模方向发展向系统内可重构方向发展向低电压和低功耗方向发展向高速可预测延时器件方向发展IP核得到进一步发展向混合可编程技术方向发展92.2简单PLD的原理输入缓冲电路：主要用来对输入信号进行预处理，产生输入变量的原变量和反变量；与阵列：产生输入变量的与项（乘积项）；或阵列：将与阵列输出的乘积项有选择地进行和运算，形成与或式，从而实现不同的逻辑函数；输出缓冲电路：主要用来对输出信号进行处

7、理，用户可以根据需要选择各种灵活的输出方式（组合方式、时序方式）。10缓冲电路表示方法为了使输入信号具有足够的驱动能力并产生原变量和反变量两个互补的信号，PLD的输入缓冲器和反馈缓冲器都采用互补的输出结构。11与门表示法12或门表示法13PLD连接的表示法硬线连接是不可编程的，而接通和开断连接是靠编程实现的。在熔丝式工艺的PLD中（如PAL），接通对应于熔丝未熔断，开断对应于熔丝被熔断；在E2CMOS工艺的PLD中（如GAL），接通对应于一个基本单元的导通状态，称此单元为被编程单元，开断对应于该单元的截止状态，称此单元为被擦除单元。142.2.1可编程只读存储

8、器PROMPROM是由固定的“与”阵列