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一.基于乘积项(Product-Term)的PLD结构
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" c% g2 b+ u6 R7 S7 {; L: u2 I
采用这种结构的PLD芯片有:Altera的MAX7000,MAX3000系列(EEPROM工艺),Xilinx的XC9500系列(Flash工艺)和Lattice,Cypress的大部分产品(EEPROM工艺) # X+ X" F$ d$ ?
我们先看一下这种PLD的总体结构(以MAX7000为例,其他型号的结构与此都非常相似):
7 G/ N+ l! ?" D1 r- N; k ; i& g6 n& g* Y7 W6 ?) ]9 V' D- D0 S
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: p+ Q2 j( s% r) L3 ?, N: @图1 基于乘积项的PLD内部结构 ! a: |7 J, [- v9 g
这种PLD可分为三块结构:宏单元(Marocell),可编程连线(PIA)和I/O控制块。 宏单元是PLD的基本结构,由它来实现基本的逻辑功能。图1中兰色部分是多个宏单元的集合(因为宏单元较多,没有一一画出)。可编程连线负责信号传递,连接所有的宏单元。I/O控制块负责输入输出的电气特性控制,比如可以设定集电极开路输出,摆率控制,三态输出等。 图1 左上的INPUT/GCLK1,INPUT/GCLRn,INPUT/OE1,INPUT/OE2 是全局时钟,清零和输出使能信号,这几个信号有专用连线与PLD中每个宏单元相连,信号到每个宏单元的延时相同并且延时最短。 + D/ @% h3 a5 ?- o
宏单元的具体结构见下图: . h7 ^0 K* p- J" `- q- N# l$ l- S: G
9 a: G% t6 c" P# @2 r# V
图2 宏单元结构
/ I1 m9 F3 `5 u: N1 F( u0 q$ I* r% c左侧是乘积项阵列,实际就是一个与或阵列,每一个交叉点都是一个可编程熔丝,如果导通就是实现“与”逻辑。后面的乘积项选择矩阵是一个“或”阵列。两者一起完成组合逻辑。图右侧是一个可编程D触发器,它的时钟,清零输入都可以编程选择,可以使用专用的全局清零和全局时钟,也可以使用内部逻辑(乘积项阵列)产生的时钟和清零。如果不需要触发器,也可以将此触发器旁路,信号直接输给PIA或输出到I/O脚。
: R6 ?9 ^& e& j A4 @- Z/ n: j
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二.乘积项结构PLD的逻辑实现原理 , B* p9 G0 {* t8 K7 |% [8 v2 o
* L W1 t- y+ P5 _+ J & U' P! @8 c; X1 J
下面我们以一个简单的电路为例,具体说明PLD是如何利用以上结构实现逻辑的,电路如下图: ( T8 c( i W' u& H e4 {, T
% v2 H$ _$ p+ P% s$ A
图3
- Q% r& P' Q* I3 T! s# m: d' u假设组合逻辑的输出(AND3的输出)为f,则f=(A+B)*C*(!D)=A*C*!D + B*C*!D ( 我们以!D表示D的“非”)
' l9 e. I3 k, `) w+ ePLD将以下面的方式来实现组合逻辑f: 1 X$ y& k& Q2 E1 h* ?3 n
![]()
9 y3 B3 T, @3 }, `- o4 n: J图4
. B6 [( h5 u% I, H3 KA,B,C,D由PLD芯片的管脚输入后进入可编程连线阵列(PIA),在内部会产生A,A反,B,B反,C,C反,D,D反8个输出。图中每一个叉表示相连(可编程熔丝导通),所以得到:f= f1 + f2 = (A*C*!D) + (B*C*!D) 。这样组合逻辑就实现了。 图3电路中D触发器的实现比较简单,直接利用宏单元中的可编程D触发器来实现。时钟信号CLK由I/O脚输入后进入芯片内部的全局时钟专用通道,直接连接到可编程触发器的时钟端。可编程触发器的输出与I/O脚相连,把结果输出到芯片管脚。这样PLD就完成了图3所示电路的功能。(以上这些步骤都是由软件自动完成的,不需要人为干预) 7 [4 D3 _/ \% {" X
图3的电路是一个很简单的例子,只需要一个宏单元就可以完成。但对于一个复杂的电路,一个宏单元是不能实现的,这时就需要通过并联扩展项和共享扩展项将多个宏单元相连,宏单元的输出也可以连接到可编程连线阵列,再做为另一个宏单元的输入。这样PLD就可以实现更复杂逻辑。
" X* C7 v, q2 V9 c这种基于乘积项的PLD基本都是由EEPROM和Flash工艺制造的,一上电就可以工作,无需其他芯片配合。 |