Джон Ф.Уэйкерли Проектирование цифровых устройств. Том I (2002) (1095889), страница 95
Текст из файла (страница 95)
Благодаря этому возникает много возможностей использования каждого из 1/О-выводов в зависимости от того, как запрограммировано устройство: Если вентиль, управляющий 1/О-выводом, вырабатывает постоянный сигнал, равный О, то выходной буфер всегда находится в третьем состоянии и вывод используется строго в качестве входа. Если входной сигнал на 1/О-выводе не используется никакими схемами в матрице вентилей И, то вывод можно использовать строго как выход. В зависимости от того, как запрограммирован вентиль разрешения выходного сигнала, выходной буфер может быть активным всегда нли только при некоторых входных условиях.
Если вентиль, управляющий)/О-выводом, вырабатывает постоянный сигнал, равный 1, то выходной буфер всегда активен, но данный вывод можно все же использовать также и как вход. Таким образом, выходами можно воспользоваться для образования на первом проходе «вспомогательных термов» в случае логических функций, которые не могут быть выполнены за один проход из-за ограничения по числу термов-произведений, доступных иа одном выходе.
В разделе 5.4.6 будет приведен соответствующий пример. В другом случае, когда для данного 1/О-вывода выходной сигнал постоянно разрешен, его можно использовать в качестве входного сигнала вентилей И, результатом действия которых определяется тот же самый выходной сигнал. Другими словами, в микросхеме РА1.16Ь8 можно создать последовательностную схему с обратной связью. Этот случай мы рассмотрим в разделе 8.2.6.
Микросхема РА/,20/.8 является другим комбинационным ПЛУ, подобным РА1.16Ь8, за исключением того, что корпус этой микросхемы имеет на четыре вывода больше (эти выводы работают только на вход) н каждый из ее вентилей И снабжен еще восьмью входами, позволяющими использовать дополнительные входные сигналы. Выходы у этой микросхемы организованы так же, как у схемы РАЬ1 6Ь8. 406 Глава 5. Практическая разработка схем комбинационной логики ю и ют не Рис. 5.27.
Принципиальная схема ИС Одь16Ч8С Возможность управления полярностью выходного сигнала является очень важным свойством современных ПЛу, в том числе н микросхемы САП 6Ч8. Мы видели в разделе 4.6.2, что при минимизации заланной логической функции компиля- б.Э. Комбинационные программярзавммс логи ~всюее устройстяа 497 тор языка АВЕЬ находит минимальные выражения вида «сумма произведений» как для самой функции, так и дпя ее инверсии. В случае, когда инверсия имеет меньшее число термоа-произведений, этим можно воспользоваться, если перемычку управляющую полярностью соответствующего выходного сигнала в схеме ПАЫ 6Ч8, разрушить. Транслятор автоматически выбирает лучший вариант и соответствующим образом решает, какие плавкие перемычки следует пережечь, если эта операция не отменена.
Несколько фирм выпускают микросхему РАТ.СЕ) о Р8, которая является эквивалентом ОАЫ 6Ч8. Имеются также микросхемы САЛО Р8 нпи РА ЕСЕ2И 8 в корпусе с 24 выводами, юторые можно с конфигурировать так, чтобы они имитировали структуру схемы РАЬ20Ь8 или какой-либо другой схемы нз числа последовательностных ПЛУ, рассматриваемых в разделе 8.3.2. *5.3.4. Схемы биполярных ПЛУ Для построения и физичесюго программирования ПЛУ применяется несколько различных технологий. В первых коммерческих ПЛМ и устройствах РА1. были использованы схемы на биполярных транзисторах.
В качестве примера на рис. 5.28 показано, как можно построить приведенную в разделе 5.3.1 ПЛМ размера 4хЗ на основе биполярной ТТЛ-подобной технологии. Каждое возможное соединение реализовано в виде последовательно включенных диода и металлического соединения, которое может присутствовать или отсутствовать. Если соединение имеется, то диод подключает соответствующий ему вход к диодной схеме И. Если соединение отсутствует, то соответствующий вход не оказывает никакого влияния на эту схему И. Диодная схема И предназначена для того, чтобы на вертикальной «линии И» высокий уровень возникал только в том случае, югда на всех до единой горизонтальныхх «входных линиях», подключенных через диод к данной линии И, имеется высокий уровень.
Если какая-то из входных линий имеет низкий уровень, то это приводит к низкому уровню на всех линиях И, с которыми соединена данная входная линия. Эта первая совокупность схемных элементов, реализующих функции И которая называется митричей И (А)»0 р1але). За каждой линией И следует инвертнрующий буфер, так что в целом реализуез'- ся функция И-НЕ. Выходы схем И-НЕ первого уровня объединяются другим набором программируемых днодных схем И, за которыми снова следуют инверторы. В результате мы имеем двухуровневую структуру И-НŠ— И-НЕ, которая является функциональным эквивалентом описанной ранее ПЛМ со структурой И-ИЛИ. Совокупность схемных элементов, реализующих функцию ИЛИ (нли образующих второй уровень И-НŠ— в зависимости от того, как на это посмотреть), называется матрипейИЛИ (Ой р!апе). Прн изготовлении кристапла биполярного ПЛУ предус- 408 Глава б. Практическая разработка схем комбинационной логики матривается наличие в нем всех диодов, включенных последовательно с крошечными пер«жига«мыми перемвшками Цизри«йпй) (на рис.
5.28 они изображены небольшими волнистыми линиями). Применяя специальные трафареты, можно выбрать отдельные перемычки, приложить к ннм высокое напряжение (1Π— 30 В), и таким образом выбранную перемычку испарить. 12 !3 14 о1 Т-.
-~-Г- 03 Рис. б. 2В. ПЛМ размера 4хЗ не основе ТТЛ-подобных схем с открытым коллектором н днодной логики Первые биполярные ПЛУ были не очень надежны. Иногда зафиксированная конфигурация изменялась из-за не полностью испаренной перемычки, которая могла «снова вырасти», а иногда причиной периодических отказов были плавающие капельки внутри корпуса ИС. Однако в дальнейшем эти проблемы в значительной степени были устранены, и надежная технология с плавкими перемычками применяется в биполярных ПЛУ и сегодня. *5.3.5 Схемы ПЛУ на основе КМОП-логики Хотя биполярные ПЛУ все еше остаются доступными, онн в значительной степени оказались вытесненными ПЛУ на основе КМОП-логики, которые обладают рядом преимуществ, в том числе меньшей потребляемой мощностью и возможностью перепрограммирования. На рис.
5.29 показан КМОП-вариант ПЛМ размера 4х3 из раздела 5,3.1. В каждом пересечении входной линии с «линией слова» вместо диода помещен п-канальный транзистор с программируемым подключением. Если сигнал на входе имеет низкий уровень, то транзистор «закрыт», а если входной сигнал имеет высокий уровень, то транзистор «открыт», что приводит к появлению на линии И низкого уровня. В результате получаем схему И с инверсией на входе (то есть схему ИЛИ-НЕ).
По своей структуре и выполняемой функции зта часть схемы 5.3.Коыбинацнонныепрограммируемыелогическиеустройствв 409 подобна обычному КМОП-вентилю ИЛИ-НЕ с и входами, за исключением того, что обычное последовательное соединение й транзисторов с каналом р-типа, обеспечивавших высокий уровень на выходе, заменено резистором (на самом деле высокий уровень на линии И в ПЛМ обеспечивается одним постоянно открытым р-канальным транзистором). "гс 12 13 1-'Я 03 Рис. б. 29. ПЛ М размера 4кЗ на основе КМОП-логики Из рис.
5 29 следует, что — в отличие от схемы на рис. 5 28- применение вентиля И с инверсией на входе нейтрализуется использованием входных линий с инверсными значениями значениями сигналов для каждого входа. Обратите внимание также на то, что соединение межпу матрицей И и матрицей ИЛИ является неиивертируюшим, так что матрица И реализует истинную функцию И. Выходы линий И первого уровня объединяются в матрице ИЛИ другим набором прогрвчмнруемых соединений, реапнзуюгцих функцию ИЛИ-НЕ.
На выходе каждой линии ИЛИ-НЕ включен инвертор, так что в результате получаем истинную функцию ИЛИ, а в целом ПЛМ реализует функцию И-ИЛИ, что и требовалось. В ПЛУ, изготовляемых по КМОП-технологии, программируемые перемычки, показанные на рис. 5.29, первоначально бывают не расплавлены. В устройствах, не программируемых в процессе работы, типа заказных СБИС наличие или отсутствие отдельных перемычек определяется маской металлизации при изготовлении устройства. Однако в КМОП-схемах типа ЕР1.О, рассматриваемых ниже, чаше всего, безусловно, применяется другая технология программирования.
В стара«мам программируемом логическом устройстве (егагаЫе ргоКгаттаЫе!ая(с Иепсе, ЕРЕ0) можно запрограммировать любую желаемую конфигурацию связей, но можно также вернуть устройство в его первоначальное состояние, «стирая» эти связи электронным путем или облучая ультрафиолетовым светом. Нет, стирание не вызывает внезапного появления или исчезновения 41 0 Глава 5. Практическая разработка схем комбинационной логики связей! Правильнее сказать, что в устройствах ЕРЕО применяется другая технология, называемая «МОП-структура с плавающим затвором».
Как показано парис. 5.30, в схемах ЕРЕО используются МО77-тра»вист»ори с плавающим э«к»вором Гууоаггпд-цаге ЛуОБ ггапзгзгог) Такой транзистор имеет два затвора. «Плавающий» затвор ни к чему не подключен и окружен диэлектриком с очень малой проводимостью. В исходном состоянии в плавающем затворе нет никакого заряда, и он ие влияет на работу схемы. В этом состоянии все транзисторы фактически «открыты»; то есть во всех точках пересечения линий в матрицах И и ИЛИ имеется логическая связь. уст плаваюимй затвор неплавающий затвор входные линии с низким активным уровнем сигнала линии И с высоким активным уровнем сигнала Рис. 530. Матрица И в перепрограммируемом логическом устройстве типа ЕрьО на основе МОП-транзнсторов с плавающим затвором Программирование схем ЕРП) осуществляется с помощью программатора: к неплавающему затвору в каждом месте, где связь не требуется, прикладывается высокое напряжение.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
