可编程逻辑器件的原理与结构说明

可编程逻辑

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描述

  存储器用来存储二进制信息。根据功能不同,半导体存储器可分为两大类:随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。随机存储器由地址译码器、存储矩阵以及读写控制器构成。它既能方便地读出所存数据,又可随时写入新数据,但数据易失,一旦掉电所存数据全部丢失。只读存储器(ROM)的内容只能读出不能写入,存储的数据不会因断电而消失,所以具有非易失性。固定ROM是由地址译码器和存储矩阵构成的组合逻辑威廉希尔官方网站 。

  根据数据写入方式的不同,ROM又可分成固定ROM和可编程ROM。后者又可分为PROM、EPROM、E2PROM和和快闪存储器等,特别是E2POM和快闪存储器可以进行电擦除。存储器的容量等于字长和字数的乘积。

  可编程逻辑器件英文名字PLD (Programmable Logic Devices),可分为简单的PLD和复杂的PLD。简单的PLD分为:PROM、PLA、PAL、GAL;复杂的PLD分为:可编程逻辑器件CPLD和现场可编程逻辑门阵列FPGA。

  70年代时可能只有PROM和PLA器件。PAL器件是一次性的,GAL在PLA的基础上可以反复使用。80年代中期推出了FPGA,又在PAL的基础上推出了CPLD。CPLD开始时不能电擦除,用紫外线擦除编程后,再插到系统上,叫不在系统内编程。有了电擦除电编程后才有系统内编程,到90年代发展到内嵌复杂功能FPGA来满足系统级的要求。

存储器

  现场可编程门阵列FPGA,必须有三种可编程的资源。首先,I/0可编程,用户可以设置引脚是输入还是输出,是CMOS电平还是TTL电平,可决定是否有上拉或信号激变,以及速率的快慢。其次,逻辑可编程,即中间排成行和列的逻辑单元可编程,可以实现组合逻辑威廉希尔官方网站 和时序逻辑威廉希尔官方网站 ,在逻辑模块里有实现组合逻辑和集成的元件触发器;再次,互连线资源可编程,在贯穿行和列的逻辑块之间,分布了很多的互连线,这些互连线可编程。用某些连线、以一定的方式把各种功能连接起来实现设计需要,就构成了FPGA。

  根据逻辑实现和可编程方式的不同,FPGA分为两类:一,逻辑用查找表来实现,编程通过SRAM方式实现,叫SRAM查找表结构:二,逻辑通过多路开关实现,编程通过熔丝的通断实现,称为多路开关反熔丝结构,或者说是反熔丝的多路开关结构。采用SRAM查找表结构的FPGA厂商有Altera、Xilinx, Lattice等;Actel和Quicklogic则是采用反熔丝多路开关结构的代表厂商。

  当前,FPGA广泛应用于各种终端领域,如消费电子、通信、工业自动化、工业应用、计算机以及汽车电子等。

  针对低功耗要求,FPGA采取措施降低动态功耗,提高性能。静态功耗漏泄电流主要因工艺产生,动态功耗P=CV2F,跟电压的平方成正比,跟频率成正比,跟分布电容C成正比,频率的增加会提高功耗。降低功耗的方法是简化系统的发热设计,并简化供电的系统设计。

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