Классификация микросхем программируемой логики

ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ ПРОГРАММИРУЕМОЙ ЛОГИКИ

Вопросы лекции:

1. Классификация микросхем программируемой логики.

2. Программируемые логические матрицы.

3. Программируемая матричная логика.

4. Сложные программируемые логические устройства

5. Вентильные матрицы, программируемые пользователем

Литература основная

1.

Литература дополнительная:

2. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. Учеб. пособие для вузов. – СПб.: БХВ-Петербург, 2010.

Классификация микросхем программируемой логики

Цифровые системы содержат как стандартные части (процессор, память и др.), так и нестандартные, специфичные для данного проекта (схемы управления модулями системы и обеспечения их взаимодействия) [[i], 8]. Реализация нестандартных частей системы исторически была связана с применением микро­схем малого и среднего уровней интеграции (МИС и СИС), поскольку изготовле­ние по заказу специализированных БИС связано с очень большими затратами средств и времени. Использование МИС и СИС сопровождается резким ростом числа корпусов ИС, усложнением монтажа, снижением надежности системы и ее быстродействия.

Возникшие трудности нашли разрешение на путях разработки микросхем с программируемыми структурами. Одни из таких микросхем изготовляются как законченные стандартные изделия и затем программируются пользователями в соответствии с требованиями конкретных проектов. Потребитель в этом случае избавляется от необходимости заказывать для себя дорогостоящие специализированные микросхемы. Другие разновидности изготовляются как полуфабрикаты и далее специализируются с помощью сокращенного числа технологических операций. В этом случае потребитель существенно уменьшает расходы на создание требуемой продукции в сравнении с расходами на изготовление полностью заказной схемы.

Первыми представителями микросхем с программируемой структурой явились:

- программируемые логические матрицы ПЛМ (PLA, Programmable Logic Array);

- программируемая матричная логика ПМЛ (PAL, Programmable Array Logic);

- вентильные матрицы ВМ (GA, Gate Array), чаще называемые в отечественной литературе базовыми матричными кристаллами (БМК).

Микросхемы PLA (ПЛМ) и PAL (ПМЛ) объединяются термином SPLD, Simple Programmable Logic Devices (простые программируемые логические устройства).

Появление ПЛМ, ПМЛ и БМК ознаменовало собою начало важнейшего направле­ния развития цифровой компонентной базы, в рамках которого стало экономически возможным применение микросхем высокого уровня интеграции и в проектах умеренной тиражности. Разработка БИС/СБИС с программируемой и репрограммируемой структурой оказалась чрезвычайно перспективным направлением и при­вела к новым эффективным средствам создания специализированных ИС, таким как:

- сложные программируемые логические устройства СПЛМ (CPLD – Complex Programmable Logic Devices),

- вентильные матрицы, программируемые пользователем (FPGA – Field Programmable Gate Arrays),

- структурированные вентильные матрицы (SGA – Structured Gate Arrays), SOPC (System On Programmable Chip) и др.

Классификация специализированных микросхем на основе программируемой логики приведена на рисунке 1.4 [10].

Одним из видов программируемых ИС являются программируемые логические матрицы (ПЛМ). Функциональная структура ПЛМ состоит из k - элементов "И", подключенных к n - входам, выходы элементов "И" образуют k вертикальных шин, и из m - элементов "ИЛИ", выходы которых подключены к сумматорам по модулю 2 (рисунок 1.5).

Рисунок 1.4 – Классификация программируемых микросхем

Каждый элемент "И" (конъюнктор) имеет 2- n входов, которые соединяют его со всеми линиями входных сигналов и их инверсиями. В линии связи включены специальные перемычки, которые выполняются из нихрома, кристаллического кремния или в виде p-n переходов, которые могут быть разрушены с помощью подачи определенных импульсов тока или напряжения заданной амплитуды и длительности.