第2章 PLD器件,2.1 概述 2.2 PLD的分类 2.3 PLD的基本原理与结构 2.4 低密度PLD的原理与结构 2.5 CPLD的原理与结构 2.6 FPGA的原理与结构 2.7 PLD器件的编程元件 2.8 边界扫描测试技术 2.9 在系统编程 2.10 FPGA/CPLD器件概述,内容,第2章 PLD器件,2.1 概 论,PLD的发展历程,熔丝编程的PROM和PLA器件,AMD公司推出PAL器件,GAL器件,FPGA器件 EPLD器件,CPLD器件,内嵌复杂功能模块的SoPC, 1985年，美国Xilinx公司推出了现场可编程门阵列（FPGA，Field Programmable Gate Array） CPLD（Complex Programmable Logic Device），即复杂可编程逻辑器件，是从EPLD改进而来的。,PLD的发展,PLD的集成度分类,一般将GAL22V10（500门750门 ）作为简单PLD和高密度PLD的分水岭,2.2 PLD的分类,四种SPLD器件的区别,PLD器件按照可以编程的次数可以分为两类： (1) 一次性编程器件（OTP，One Time Programmable） (2) 可多次编程器件 OTP类器件的特点是：只允许对器件编程一次，不能修改，而可多次编程器件则允许对器件多次编程，适合于在科研开发中使用。,按编程特点分类,(1)熔丝（Fuse） (2)反熔丝（Antifuse）编程元件 (3)紫外线擦除、电可编程，如EPROM。 (4)电擦除、电可编程方式，(EEPROM、快闪存储器（Flash Memory），如多数CPLD (5)静态存储器（SRAM）结构，如多数FPGA,按编程元件和编程工艺划分,非易失性器件,易失性器件,PLD器件的原理结构图,2.3 PLD的基本原理与结构,数字电路符号表示,常用逻辑门符号与现有国标符号的对照,PLD电路符号表示,与门、或门的表示,PLD连接表示法,2.4 低密度PLD的原理与结构,PROM,PROM的逻辑阵列结构,PROM,PROM表达的PLD阵列图,PROM,用PROM完成半加器逻辑阵列,PLA,PLA逻辑阵列示意图,PLA,PLA与 PROM的比较,PAL,PAL结构 PAL的常用表示,PAL,PAL22V10部分结构图,GAL,GAL22V10的结构（局部）,GAL22V10的OLMC结构,CPLD器件的结构,2.5 CPLD的原理与结构,典型CPLD器件的结构,MAX 7000S器件的内部结构,MAX 7000S器件的宏单元结构,查找表结构,4输入LUT及内部结构图,2.6 FPGA的原理与结构,FPGA器件的内部结构示意图,典型FPGA的结构,XC4000器件的CLB结构,Cyclone器件的LE结构（普通模式）,典型FPGA的结构,1熔丝(Fuse)型器件,2反熔丝(Anti-fuse)型器件,3EPROM型，紫外线擦除电可编程,4EEPROM型,6SRAM型,5Flash型,2.7 PLD器件的编程元件,边界扫描电路结构,为了解决超大规模集成电路（VLSI）的测试问题，自1986年开始，IC领域的专家成立了“联合测试行动组”（JTAG，Joint Test Action Group），并制定出了IEEE 1149.1边界扫描测试（BST，Boundary Scan Test）技术规范,2.8 边界扫描测试技术,边界扫描IO引脚功能,边界扫描数据移位方式,未编程前先焊接安装,减少对器件的触摸和损伤 不计较器件的封装形式,系统内编程-ISP,样机制造方便 支持生产和测试流程中的修改,在系统现场重编程修改,允许现场硬件升级 迅速方便地提升功能,ISP功能提高设计和应用的灵活性,2.9 在系统编程,下载接口引脚信号名称,USB-Blaster下载电缆,Lattice公司CPLD器件系列,1. ispLSI器件的结构与特点,（1）采用UltraMOS工艺。 （2）系统可编程功能，所有的ispLSI器件均支持ISP功能。 （3）边界扫描测试功能。 （4）加密功能。 （5）短路保护功能。,2.10 FPGA/CPLD器件概述,Lattice公司CPLD器件系列,2. ispMACH4000系列,3. Lattice EC & ECP系列,ispMACH4000系列CPLD器件有3.3V、2.5V 和 1.8V 三种供电电压，分别属于 ispMACH 4000V、ispMACH 4000B 和 ispMACH 4000C 器件系列。,Xilinx公司的FPGA和CPLD器件系列,1. Virtex-4系列FPGA,2. Spartan& Spartan-3 & Spartan 3E器件系列,3. XC9500 & XC9500XL系列CPLD,4. Xilinx FPGA配置器件SPROM,5. Xilinx的IP核,Altera公司FPGA和CPLD器件系列,1. Stratix II 系列FPGA,2. Stratix系列FPGA,3. ACEX系列FPGA,4. FLEX系列FPGA,5. MAX系列CPLD,6. Cyclone系列FPGA低成本FPGA,7. Cyclone II系列FPGA,8. MAX II系列器件,9. Altera宏功能块及IP核,习 题,2-1 PLA和PAL在结构上有什么区别？ 2-2 说明GAL的OLMC有什么特点，它怎样实现可编程组合电路和时序电路？ 2-3 简述基于乘积项的可编程逻辑器件的结构特点？ 2-4 基于查找表的可编程逻辑结构的原理是什么？ 2-5 基于乘积项和基于查找表的结构各有什么优缺点？ 2-6 CPLD和FPGA在结构上有什么明显的区别，各有什么特点？ 2-7 FPGA器件中的存储器块有何作用？,