Чижма С.Н. - Основы схемотехники 2008 (1055377), страница 69
Текст из файла (страница 69)
Содержанием .. минимизации функций будет поиск кратчайших дизъюнктивных форм. Вести ,,' пписк минимальных по числу термов представлений задачи следует до уров- ':;;: ня, когда число термов становится равным ! — параметру обеспечиваемому ' ': ' ПЛМ. Дальнейшая минимизация не требуется. Если размерность имеющихся '; ПЛМ обеспечивает решение задачи в ее исходной форме, то минимизация не ,:.:: требуется вообще, т. к.
не ведет к сокращению оборудования. Программирование ПЛМ, выполняемое пользователем, проводится с по- :--' мощью специальных устройств (программаторов) и сведения для них должны иметь определенную форму. Имеются программаторы, которые принимают в качестве информации о ПЛМ таблицу функционирования (истинцости), одна- ..-' ко удобнее задавать сведения о самих перемычках. Символы, используемые „::. при таком задании сведений для программирования ПЛМ: Н вЂ” переменная входит в терм в прямом виде, т. е.
нужно оставить целой :., перемычку прямого входа и пережечь перемычку инверсного входа; Л вЂ” переменная входит в терм в инверсном виде, т. е. нужно сохранить .:.' перемычку у инверсного входа и пережечь у прямого; "-" — переменная не входит в терм и не должна влиять на него, т. с, нужно -";:. пережечь перемычки обоих входов. Оставление перемычек у обоих входов перемснной как бы устраняет из ' „.
матрицы соответствующую схему И, поскольку в силу равенства х.я=с, выход этой схемы всегда нулевой и не влияет на работу матрицы ИЛИ. А — указывается в выходном столбце (столбце функции) и свидетельствует о связи данной схемы И с выходом ПЛМ через матрипу ИЛИ. Перемычка должна быть сохранена. "*" — указывает на го, что данная схема И не подключается к выходу и :::.' должна иметь пережженную перемычку в матрице ИЛИ.
В принятой символике для программирования ПЛМ взятого ранее при- :: . мера сведения будут заданы таблицей (таблица 29,1), 40! Таблица 29.1 Символика программирования ПЛМ Схемы ПЛМ достаточно громоздки, и поэтому изображать их желательно с максимально возможным упрошением. Используются изображения, в которых многовходовые элементы И, ИЛИ условно заменяются одновходовыми. Единственная линия входа таких элементов пересекается с несколькими линиями входных переменныж Если пересечение отмечено точкой, данная переменная подается иа вход изображаемого элемента, если точки нет, то переменная на элемент не подается.
Пример многовходового конъюнктора с входами «, х, «, показан на рис. 29.3, а. Схема, изображенная на рис. 29.2, в новом упрошенном изображении имеет вид, приведенный на рис. 29.3, б. «« «г « «,г «« « 6 Рис. 29.3. Упрошенное изображение схемы многовходового логического элемента (а) и ПЛМ (б) 402 29.3. Программируемая матричная логика (РА1) . Программируемая матричная логика ПМЛ вЂ” это ПЛИС, имеющие про:;: граммируемую матрицу "И" и фиксированную матрицу "ИЛИ". Фрагмент схе';мы ПМЛ приведен на рис. 29.4, где на пересечении шин входных переменных „"'-х1 н шии входных выводов И условно показано наличие всех перемычек ( ° ).
. "Программирование ПМЛ выполняется устранением лишних с точки зрения .', реадизуемого алгоритма связей между указанным шинами. ч Р, Рис. 29.4. Фрагмент схемы ПМЛ По сравнению с ПЛМ эта схема имеет меныцую функциональную гиб'кость, так как матрица ИЛИ фиксирована, но их изготовление и использование проще В ПМЛ имеется ограничение на максимальное число конъюнкций в по-;: тйческих функциях, поскольку матрица ИЛИ фиксирована. Это приводит к :".' ' необходимости минимизировать логическую функцию при ее реализации с йспользованием ПМЛ За счет использования программируемого буфера возможно получение реализуемых логических функций в прямом или инверсном виде.
СушествуЮт схемы с двунаправленными выводами, схемы с памятью, использующие .'.:;: дополнительные триггеры. 29.4. Базовые матричные кристаллы (СА) Базовые матричные кристаллы (БМК) — альтернатива полностью заказ'. 'ным БИС и СБИС, проектирование и изготовление которых является лостаточ"" но дорогостоящим процессом и оправдано только при больших сериях. БМК явились тем средством, на основе которых при сравнительно низких затратах стало возможным выполнение специализированных устройств в виде БИС. БМК вЂ” совокупность регулярно расположенных на полупроводниковых кристаллах топологических ячеек, между которыми оставлены свободные зоны для создания межсоединений.
Такой кристалл является полуфабрикатом, который производится в массовых количествах без ориентации на конкретного потребителя. Чтобы на его основе было получено конкретное устройство, необходимо выполнить требуемые соединения элементов и ячеек. Выполнение соединений осуществляется на заключительных этапах изготовления, а проектирование устройства сводится к созданию рисунка межсоединений. Такие БИС/СБИС называют полу- заказными. Процесс проектирования и изготовления такой микросхемы значительно дешевле, чем разработка и изготовление оригинальной БИС.
Недостатком БМК является неоптимшзьность результата проектирования, который проявляется в худшем использовании площади кристалла (часть элементов не используется) по сравнению со специализированными БИС и меньшем быстродействии, В настоящее время с БМК применяются технологии КМОП, ТТЛШ, ЭСЛ, Уровень интеграции БМК достиг десятков миллионов вентилей на кристалле. Внутренняя организация БМК представлена следующими элементами. Базовая ячейка (БЯ) — набор схемных элементов, регулярно повторяющихся на кристалле.
БЯ бывают нескоммутированными и частично скоммутированными. БЯ внутренней области называются матричными БЯ, ячейки периферийной зоны — периферийными БЯ, Соединением компонентов БЯ можно сформировать один логический элемент, из которых соответственно можно сформировать любой функциональный узел.
Функчиональная ячейка (ФЯ) — функционально законченная схема, реализуемая путем соединения компонентов в пределах одной или нескольких БЯ. Библиотека фулкниональных ячеек — совокупность ФЯ, используемых при проектировании. Эта библиотека содержит типовые подсхемы, предназначенные для решения стандартных задач. Библиотека содержит большое число функциональных элементов, узлов и их частей.
Библиотеки избавляют проектировщика схем на БМК от рутинной работы создания стандартных подсис- ~ ем. Работая с библиотекой, он ведет проектирование на функционально-логическом уровне, поскольку проблемы схемотехнического уровня уже решены при создании библиотеки. Каналы трассировки — пути на БМК, позволяющие осуществлять межсоединения ячеек. Канальные БМК (рис. 29,5, а) представляют собой матрицу ячеек, которые располагаются в центральной области кристалла и изолированы друг от '::.-'друга. Области кристалла, не занятые ячейками, служат для выполнения со'"::;: .единений между ячейками — организаций каналов трассировки. У канальных ';,:,:БМК больше возможности по созданию связей, но низкая плотность упаков: -::; ки из-за значительных затрат площади кристалле на области межсоедннений.
-':,,'', Этв структура использует биполярные транзисторы Бесканальные БМК (рис,29.5, б) представляют собой структуру, в кото рой вся внутренняя область заполнена ячейками. В этой структуре любая об- ' .ласть может быть использована как для создания логической схемы, так и для , ';"- создания межсоединений. Бесканальные БМК характерны для КМОП-схемо' ':.:, техники, в которой малая мощность рассеяния базовых ячеек позволяет доби': '-, ваться высокой плотности упаковки, Бесканальные БМК реализуются в вари- антах "море вентилей" и "море транзисторов". Первый содержит массив за',; конченных логических элементов, второй — массив транзисторов. к., 1 д- Рис.29.5. Структуры БМК канального (а), бесканального (б) и блочного (в) типов; 1 — базовые ячейки; 2 — каналы трассировки В бесканальных БМК площадь кристалла используется более эффективно, так как любые ячейки могут быть использованы по усмотрению разработчика для организации связей или функциональных ячеек.
Блочные БМК (рис, 29.5, в) содержат как блоки логической обработки данных, так и память или другие специализированные блоки. Каждый из таких блоков представляет собой БМК в миниатюре. Между этими блоками распола:: '. гаются трассировочные каналы. На периферии блоков размещают внутренние буферные каскады для формирования сигналов, обеспечивающих передачу сиг' налов по межблочным связям, имеющим относительно большую длину. Основой БМК является кристалл полупроводника, на котором расположена матрица базовых ячеек, а по его краям — периферийные ячейки, содержащие элементы ввода/вывода сигналов, контактные площадки, выходные усилители и т.д.
БМК выполняют многослойными (число слоев 2... 6), что позволяет выполнять микросхемы более высоко~о уровня интеграции. 405 БМК, в зависимости ат схемотехнической разновидности базовых ячеек, подразделяют на цифровые, аналоговые и аналого-цифровые. Аналоговые БМК позволяют реализовать операционные усилители, коммутаторы, фильтры и тд. Они менее распространены по сравнению с цифровыми. 29.5. Программируемые веитильиые матрицы (РРСА) Программируемые вентильные матрицы (ПВМ, ГРСА) явились развитием архитектуры канальных БМК. В их внутренней области расположено множество регулярно расположенных логических блоков (у БМК вЂ” базовые ячейки), между которыми проходят трассировочные каналы, а на периферии кристалла расположены ячейки другого типа — блоки ввода~вывода (у БМК вЂ” периферийные ячейки). Благодаря наличию программируемых матриц соединений ГРСА относят уже не к полузаказным ИС, как БМК, а к полностью готовым, которые могут полностью программироваться пользователем.
Конфигурация схемы, формируемая на кристалле, задается состоянием ключей. В каждом логическом блоке есть переключатели (мультиплексоры), программируя которые, можно изменять выполняемые функции. В современных ПЛИС используются следующие типы ключей: — перемычки типа апбщзе (создаваемые в процессе программирования); — ЛИЗМОП-транзисторы с плавающим затвором; — ключевые МОП транзисторы, управляемые триггерами памяти конфигурации. Первый тип ключей организован по принципу ПЗУ (КОМ), второй — по принципу ЕЕРКОМ или Р!аз)з. Информация о конфигурации системы не сгирается при выключении питания.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
