Основные сведения

В настоящее время в качестве элементного базиса для синтеза разнообразных логических схем широко используются программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС). Данный тип ИС относится к классу программируемых логических устройств (ПЛУ), главной особенностью которых является возможность настройки («программирования») связей между элементами кристалла.

Применение ПЛИС позволяет снизить количество корпусов ИС и уменьшить размер печатных плат, а значит и всего устройства, в сравнении с малыми и средними БИС. Уменьшение числа ИС приводит к росту быстродействия цифровой системы и сокращению потребляемой мощности. Кроме того, применение ПЛИС позволяет повысить надежность цифровой системы, так как вероятность ошибки или сбоя устройства прямо пропорциональна количеству ИС в схеме.

Но основным преимуществом ПЛИС перед остальными базисами является возможность гибкой и быстрой модификации логической схемы устройства. Программирование ПЛИС может осуществляться непосредственно разработчиком аппаратуры, что значительно упрощает процесс разработки и изготовления устройства.

Основными сферами применения ПЛИС являются:

1. Микропроцессорная и вычислительная техника.

2. Микропрограммные устройства.

3. Специализированные устройства (схемы обработки сигналов и изображений, преобразователи кодов, периферийные контроллеры, небольшие процессоры, процессоры быстрого преобразования Фурье, устройства для защиты от копирования и др.).

4. Стендовое оборудование, экспериментальные, опытные и эмуляционные схемы.

Базовыми структурными компонентами ПЛИС являются матрицы элементов «И» и «ИЛИ», поэтому любая логическая функция, представленая в виде дизъюнктивной нормальной формы (ДНФ), может быть реализована на ПЛИС.

Структуру большинства ПЛИС условно можно представить в виде совокупности двух матриц взаимоортогональных проводников: матрицы «И» и матрицы «ИЛИ». Входные сигналы обычно поступают на парафазные входы матрицы «И», которая на ортогональных шинах позволяет реализовать любые конъюнкции входных переменных. Выходы матрицы «И» соединены со входами матрицы «ИЛИ», которая на выходах реализует дизъюнкции поступающих сигналов. Совокупность выходных шин матрицы «И» образует множество промежуточных шин (product terms) или просто термов (terms).

В зависимости от того, какая матрица программируется, матрица «И» или матрица «ИЛИ», ПЛИС делятся на три класса: ПЛМ (программируемые логические матрицы), ПЗУ (программируемые запоминающие устройства) и ПМЛ (Программируемые матрицы логики).

В ПЛМ (рис. 4.1) программируются обе матрицы: матрица «И» и матрица «ИЛИ». В ПЗУ (рис. 4.2) матрица «И» постоянно настроена на функции полного дешифратора, а программируется только матрица «ИЛИ». В структуре ПМЛ (рис. 4.3), наоборот, программируется только матрица «И», а матрица «ИЛИ» имеет фиксированную настройку, при которой q промежуточных шин связывается с одним выходом. Это позволяет матрицу «ИЛИ» реализовать в виде совокупности q-входовых дизъюнкторов.

Рис. 4.1 – Структура PLA

Рис. 4.2 – Структура PROM

Рис. 4.3 – Структура PAL