可編程邏輯器件的分類及特點
發(fā)布時間:2008/12/8 0:00:00 訪問次數(shù):1738
根據(jù)pld器件的與陣列和或陣列的編程情況及輸出形式,可編程邏輯器件通?煞譃4類。第一類是與陣 列固定、或陣列可編程的pld器件,這類pld器件以可編程只讀存儲器prom為代表。可編程只讀存儲器prom 是組合邏輯陣列,它包含一個固定的與陣列和一個可編程的或陣列,prom中的與陣列是全譯碼形式,它產(chǎn) 生而個輸入變量的所有最小項。prom的每個輸出端通過或陣列將這些最小項有選擇地進行或運算,即可實 現(xiàn)任何組合邏輯函數(shù)。由于與陣列能夠產(chǎn)生輸人變量的全部最小項,所以用prom實現(xiàn)組合邏輯函數(shù)不需要 進行邏輯化簡。但隨著輸人變量數(shù)的增加,與陣列的規(guī)模會迅速增大,其價格也隨之大大提高。而且與陣 列越大,譯碼開關時間就越長,相應的工作速度也越慢。因此,實際上只有規(guī)模較小的prom可以有效地實現(xiàn)組合邏輯函數(shù),而大規(guī)模的prom價格高,工作速度低,一般只作為存儲器使用。
第二類是與陣列和或陣列均可編程的pld器件,以可編程邏輯陣列pla為代表。pla和prom一樣也是組合型邏輯陣列,與prom不同的是,它的兩個邏輯陣列均可編程。pla的與陣列不是全譯碼形式,它可以通過編程控制只產(chǎn)生函數(shù)最簡與或式中所需要的與項。因此,pla器件的與陣列規(guī)模減小,集成度相對提高。
但是,由于pla只產(chǎn)生函數(shù)最簡與或式中所需要的與項,因此pla在編程前必須先進行函數(shù)化簡。另外,pla器件需要對兩個陣列進行編程,編程難度較大。而且pla器件的開發(fā)工具應用不廣泛,編程一般由生產(chǎn)廠家完成。
第三類是以可編程陣列邏輯pal為代表的與陣列可編程、或陣列固定的pld器件。這類器件的每個輸出端是若干個乘積項之或,其中乘積項的數(shù)目固定。通常pal的乘積項數(shù)允許達到8個,而一般邏輯函數(shù)的最簡與或式中僅需要完成3~4個乘積項或運算。因此,pal的這種陣列結(jié)構(gòu)很容易滿足大多數(shù)邏輯函數(shù)的設計要求。
pal有幾種固定的輸出結(jié)構(gòu),如專用輸出結(jié)構(gòu)、可編程i/o結(jié)構(gòu)、帶反饋的寄存器輸出結(jié)構(gòu)及異或型輸出結(jié)構(gòu)等。一定的輸出結(jié)構(gòu)只能實現(xiàn)一定類型的邏輯函數(shù),其通用性較差,這就給pal器件的管理及應用帶來不便。
第四類是具有可編程輸出邏輯宏單元的通用pld器件,以通用型可編程陣列邏輯gal器件為主要代表。gal器件的陣列結(jié)構(gòu)與pal相同,都是采用與陣列可編程而或陣列固定的形式。兩者的主要區(qū)別是輸出結(jié)構(gòu)不同。pal的輸出結(jié)構(gòu)是固定的,一種結(jié)構(gòu)對應一種類型芯片。如果系統(tǒng)中需要幾種不同的輸出形式,就必須選擇多種芯片來實現(xiàn)。gal器件的每個輸出端都集成有一個輸出邏輯宏單元0lmc(out l。glc macro cell)。輸出邏輯宏單元是可編程的,通過編程可以決定該電路是完成組合邏輯還是時序邏輯,是否需要產(chǎn)生反饋信號,并能實現(xiàn)輸出使能控制及輸出極性選擇等。因此,gal器件通過對輸出邏輯宏單元0lmc的編程可以實現(xiàn)pal的各種輸出結(jié)構(gòu),使芯片具有很強的通用性和靈活性。
把包括pla器件、pal器件fl gal器件在內(nèi)的pld器件劃分到一個簡單的器件類型分組,稱之為簡單可編程邏輯器件(simple pr。grammable logic devices,spld),spld器件最主要的特征是:低成本和極高的引腳到引腳的速度性能。
技術的進步帶來器件規(guī)模的高速增長,今天可編程器件的規(guī)模已經(jīng)遠遠超過傳統(tǒng)spld的范疇。傳統(tǒng)的spi,d規(guī)模的擴大受到其結(jié)構(gòu)的嚴重制約,這是因為spld器件的結(jié)構(gòu)表明spld器件的可編程邏輯陣列隨著輸入信號的增加將急劇擴大。提供基于spld結(jié)構(gòu)大容量器件的唯一可行辦法是在一個芯片上集成多個可編程的互連spld,這種類型的pld稱為復雜可編程邏輯器件(complex programmable logic devices,cpld)。經(jīng)過發(fā)展cpld器件的邏輯規(guī)模,大體上達到50個spld器件的規(guī)模,但也僅限于此,cpld器件的規(guī)模很難進一步擴大,具有更高規(guī)模的pld器件的實現(xiàn)需要新的技術和思路,F(xiàn)場可編程門陣列(fieldprogrammable gate array,fpga)包含海量的門陣列和互連資源,是pld器件中唯一能支持超大規(guī)模設計的可編程器件,包含的邏輯單元數(shù)不斷增加,這使得fpga獲得了廣泛的應用和快速的發(fā)展。
歡迎轉(zhuǎn)載,信息來源維庫電子市場網(wǎng)(www.dzsc.com)
根據(jù)pld器件的與陣列和或陣列的編程情況及輸出形式,可編程邏輯器件通?煞譃4類。第一類是與陣 列固定、或陣列可編程的pld器件,這類pld器件以可編程只讀存儲器prom為代表?删幊讨蛔x存儲器prom 是組合邏輯陣列,它包含一個固定的與陣列和一個可編程的或陣列,prom中的與陣列是全譯碼形式,它產(chǎn) 生而個輸入變量的所有最小項。prom的每個輸出端通過或陣列將這些最小項有選擇地進行或運算,即可實 現(xiàn)任何組合邏輯函數(shù)。由于與陣列能夠產(chǎn)生輸人變量的全部最小項,所以用prom實現(xiàn)組合邏輯函數(shù)不需要 進行邏輯化簡。但隨著輸人變量數(shù)的增加,與陣列的規(guī)模會迅速增大,其價格也隨之大大提高。而且與陣 列越大,譯碼開關時間就越長,相應的工作速度也越慢。因此,實際上只有規(guī)模較小的prom可以有效地實現(xiàn)組合邏輯函數(shù),而大規(guī)模的prom價格高,工作速度低,一般只作為存儲器使用。
第二類是與陣列和或陣列均可編程的pld器件,以可編程邏輯陣列pla為代表。pla和prom一樣也是組合型邏輯陣列,與prom不同的是,它的兩個邏輯陣列均可編程。pla的與陣列不是全譯碼形式,它可以通過編程控制只產(chǎn)生函數(shù)最簡與或式中所需要的與項。因此,pla器件的與陣列規(guī)模減小,集成度相對提高。
但是,由于pla只產(chǎn)生函數(shù)最簡與或式中所需要的與項,因此pla在編程前必須先進行函數(shù)化簡。另外,pla器件需要對兩個陣列進行編程,編程難度較大。而且pla器件的開發(fā)工具應用不廣泛,編程一般由生產(chǎn)廠家完成。
第三類是以可編程陣列邏輯pal為代表的與陣列可編程、或陣列固定的pld器件。這類器件的每個輸出端是若干個乘積項之或,其中乘積項的數(shù)目固定。通常pal的乘積項數(shù)允許達到8個,而一般邏輯函數(shù)的最簡與或式中僅需要完成3~4個乘積項或運算。因此,pal的這種陣列結(jié)構(gòu)很容易滿足大多數(shù)邏輯函數(shù)的設計要求。
pal有幾種固定的輸出結(jié)構(gòu),如專用輸出結(jié)構(gòu)、可編程i/o結(jié)構(gòu)、帶反饋的寄存器輸出結(jié)構(gòu)及異或型輸出結(jié)構(gòu)等。一定的輸出結(jié)構(gòu)只能實現(xiàn)一定類型的邏輯函數(shù),其通用性較差,這就給pal器件的管理及應用帶來不便。
第四類是具有可編程輸出邏輯宏單元的通用pld器件,以通用型可編程陣列邏輯gal器件為主要代表。gal器件的陣列結(jié)構(gòu)與pal相同,都是采用與陣列可編程而或陣列固定的形式。兩者的主要區(qū)別是輸出結(jié)構(gòu)不同。pal的輸出結(jié)構(gòu)是固定的,一種結(jié)構(gòu)對應一種類型芯片。如果系統(tǒng)中需要幾種不同的輸出形式,就必須選擇多種芯片來實現(xiàn)。gal器件的每個輸出端都集成有一個輸出邏輯宏單元0lmc(out l。glc macro cell)。輸出邏輯宏單元是可編程的,通過編程可以決定該電路是完成組合邏輯還是時序邏輯,是否需要產(chǎn)生反饋信號,并能實現(xiàn)輸出使能控制及輸出極性選擇等。因此,gal器件通過對輸出邏輯宏單元0lmc的編程可以實現(xiàn)pal的各種輸出結(jié)構(gòu),使芯片具有很強的通用性和靈活性。
把包括pla器件、pal器件fl gal器件在內(nèi)的pld器件劃分到一個簡單的器件類型分組,稱之為簡單可編程邏輯器件(simple pr。grammable logic devices,spld),spld器件最主要的特征是:低成本和極高的引腳到引腳的速度性能。
技術的進步帶來器件規(guī)模的高速增長,今天可編程器件的規(guī)模已經(jīng)遠遠超過傳統(tǒng)spld的范疇。傳統(tǒng)的spi,d規(guī)模的擴大受到其結(jié)構(gòu)的嚴重制約,這是因為spld器件的結(jié)構(gòu)表明spld器件的可編程邏輯陣列隨著輸入信號的增加將急劇擴大。提供基于spld結(jié)構(gòu)大容量器件的唯一可行辦法是在一個芯片上集成多個可編程的互連spld,這種類型的pld稱為復雜可編程邏輯器件(complex programmable logic devices,cpld)。經(jīng)過發(fā)展cpld器件的邏輯規(guī)模,大體上達到50個spld器件的規(guī)模,但也僅限于此,cpld器件的規(guī)模很難進一步擴大,具有更高規(guī)模的pld器件的實現(xiàn)需要新的技術和思路,F(xiàn)場可編程門陣列(fieldprogrammable gate array,fpga)包含海量的門陣列和互連資源,是pld器件中唯一能支持超大規(guī)模設計的可編程器件,包含的邏輯單元數(shù)不斷增加,這使得fpga獲得了廣泛的應用和快速的發(fā)展。
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