ProgramovatelnØ logickø obvody

Transkript

1 ProgramovatelnØ logickø obvody len integrovan ch obvodø IntegrovanØ obvody zle d lit podle mnoha kritøri. Napł klad podle pouirø technologie v roby tranzistorø a diod ( bipolærn, NMOS, MOS, BiMOS atd. ), podle pouit ch konvenc płenosu logick ch signælø, napł proudem ( EL, IIL ) nebo nap t m (TTL, MOS, LVTTL, LVMOS). al døleitø kritørium je oblast pouit obvodø, viz næsleduj c obræzek standartn logickø (napł łada TTL, 0 MOS) procesory, pam ti atd. IO standardn (SSP) napł. M controller, RT, ładiłe H, F, podpørnø obvody procesorø - Łipsety aolikałn specifickø (SI) pln zakæzkovø jen T,,R, funkłn bloky nutn v voj vech masek velmi drahø a pomalø zakæzkovø (SP) polo zakæzkovø płipravenø zækladn bloky (hradla, tranzistory nutn v voj jen n kter ch masek, G- gate arrays programovatelnø (FPL) płipravenø zækladn bloky, propojovac kanæly a programovatelnæ spojen Æle se budeme zab vat pouze programovateln mi logick mi obvody ( FPL- field programmable logic arrays). Tyto obvody lze podle velikosti a vlasnost płipraven ch funkłn ch blokø d lit na dv skupiny. ProgramovatelnØ logickø obvody ( PL - programmable logic devices ) a sloit j logickæ pole ( FPG - field programmable generic arrays). l c hranice nen ostræ. PL obsahuj obvykle do 00 ekvivalentn ch hradel, ale existuj i ve obvody s 0000 ekvivalentn mi hradly ( tyto obvody se pro svoj velikos oznałuj PL - complex PL ). Obvody FPG obsahuj takø okolo 000 ekvivalentn ch hradel, ale na rozd l od PL jsou tvołeny bloky, schopn mi vytvæłet i sloit j funkce. ProgramovatelnØ propojky Prvn programovatelnø obvody se objevily okolo roku 98. Jednalo se napł klad o obvody firmy M obsahuj c propojky urłenø k płetaven. V dnen dob se vyu væ næsleduj c ch druhø propojek.

2 BipolÆrn propojky - v nenaprogramovanøm stavu jsou vdy vodivø, płi programovæn se zv en m nap t m płetav a t m se uvedou do nevodivøho stavu. Zpod n na hradlo takov chto obvodø je za cenu vysokø społeby velmi n zkø ( okolo a ns ). Plovouc hradla - pou vaj se u obvodø vyroben ch technologi NMOS a MOS. Propojky jsou tvołeny unipolærn mi tranzistory, jejich hradla jsou płipojena na miniaturn kondenzætory. Pokud je na kondenzætoru uloen næboj, propojka se naløzæ ve vodivøm stavu. NÆboj na kondenzætorech lse m nit pouze v programovac m stavu, kdy je kondenzætor płes dal tranzistor nebo diodu płipojen k vn j m logick m signæløm. JednÆ-li se o diodu, lze pouze płiveden m zv enøho nap t dodat næboj do kondenzætoru. Sn en næboje se dociluje napł klad ozæłen m obvodu UV sv tlem, kterø zpøsob excitaci elektronø a umon jejich płesun z kondenzætoru. Tato technologie se naz væ EPROM ( erasable programmable read only memory ). JednÆ-li se o tranzistory płipojenø ke kondenzætorøm, lze zv en m nap t na jejich hradle doc lit monosti ł dit næboj a je monø ve speciæln m reimu i obvod elektricky vymazat ( EEPROM - eletric erasable programmable read only memory ). Obvody s t mito technologiemi mohou m t zpod n na hradlo okolo a 0 ns. Propojky PLIE - tecnologie firmy TEL. JednÆ se o propojky NTI-FUSE ( obræcenæ pojistka ), kterø jsou v zækladn m stavu nevodivø. NevodivÆ dielektrickæ vrstva se zv en m nap t m proraz a propojka se stane vodivæ. Odpor v nevodivøm a vodivøm stavu je 00 MΩ / 00 Ω Propojky VILINK - firmy Quick Logic. ProgramovatelnÆ propojka je tvołena amorfn m kłem kem mezi dv mi kovov mi drahami. Płi proraen dojde k nataven kovu a jeho slit. Tato technologie dosahuje velmi dobrøho pom ru odporu v nevodivøm a vodivøm stavu ( 0 MΩ / 0 Ω ). To je døleitø pro zajit n rychlø zm ny nap t na kapacitæch vodiłø. rcitektura obvodø PL Nejdł ve se budeme zb vat kombinałn mi logick mi obvody. Libovolnou kombinałn funkci lze zapsat jako soułin maxtermø nebo soułet mintermø. Æle budeme uvaovat pouze soułet mintermø. Minterm je pravdiv poze tehdy, je-li na vstupech jedna z kombinac, pro kterou je v slednæ funkce pravdivæ. Mejjednodu m pł kladem takovøho obvodu je pam PROM. Pro kadou kombinaci vstupø je monø urłit hodnotu v stupu. Toto łeen vak vyaduje œpln dekodør vech stavø vstupø a velkø mnostv programovateln ch bun k. V sledkem je vy cena a n zkæ rychlost. Pro mnoho funkc je monø dekodør zjednoduit a rozd lit. Nen tłeba dek dovat stavy, kdy je v stup nepravdiv a je monø sloułit mintermy, kterø se li pouze v hodnot jednoho vstupu ( napł klad pomoc Karnaughov ch map ). Tento postup lze opakovat in kolikræt. T m se ukazuje, e je pro programovæn funkc, vhodn j programovat dekodør kombinac vstupø. Tento dekodør je realizovæn polem N. V vstupn linky B pouitæ propojka = soułinov term - soułinovæ linka pevnæ propojka propælenæ propojka

3 SlouŁen vech pravdiv ch kombinac na jeden nebo v ce v stupø se provæd polem OR. vstupy B OR pole termy 8 N pole OE Y0 Y Y Y Y Y Y Y Na obræzku je viditelnæ obecnæ strukture kombinałn ho obvodu. Ærkovan je naznałena monæ zp tnæ vazba z v stupu Y0 do pole N. Podle monosti programovat N a OR pole lze obvody rozd lit. Typ obvodu Pole N programuje Pole OR programuje ROM v robce v robce PROM a EPROM v robce uivatel PL - prog. arr. logic uivatel v robce FPL - field. p. log. arrays uivatel uivatel

4 Na dal m obræzku je uveden pł klad naprogramovanø logickø funkce v obvodu typu pal s jedn m v stupem. vstupy B Y= B+ B V mnoha pł padech je nutnø nevyuitø termy ( vstupy ŁÆsti OR ) płipojit k zdroji nepravdivøho stavu. Toho lze doc lit soułinem signælu s jeho negac. N kterø obvody maj speciæln propojky pro płipojen termu k nepravdivømu stavu. _ B _ B 0 0 Y monø zpøsoby vyblokovæn nevyuit ch termø ZnaŁen obvodø typu PL PL L 8-0 zpod n v ns połet v stupø typ v stupn ch obvodø połet vstupø do pole N Obvody PL maj programovatelnø pole N a pevn naprogramovanø pole OR tvoł c vdy soułet n kolika sousedn ch termø płiveden do v stupn ho obvodu. Æle næsleduj oznałen jednotliv ch typø v stupn ch obvodø płipojen ch k poli OR.: L H R P V S kombinałn v stup aktivn v n zkø œrovni kombinałn v stup aktivn ve vysokø œrovni v stupn registr se spolełn m hodinov m signælem complementary - ob dv œrovn v stupu programovatelnø L nebo H pøvodn v znam prom nn połet soułinov ch termø jako R, ale asynchronn taktovanø, vdy jeden term pro LK sharing - vyuit termu pro dva v stupy nebo sd len mezi sousedy Pł klad: PL L 8 8 v stupø aktivn ch v L, soułinov ch termø pro jeden v stup a jeden soułinov term pro OE, ł d płechod v stupu z neaktivn ho do aktivn ho stavu.

5 NÆsleduje obræzek obvodu PL L 8. Zaj mavæ je odlinost zapojen pinø a. Piny 0 ( GN ) a 0 ( V ) jsou pouity pro napæjen obvodu PL L 8 PL R 8 Obvody GL ( generic array logic ) Tyto obvody załala jako prvn vyræb t firma LTIE. JednÆ se o næhradu tøm ł vech obvodø PL. K programovatelnø ŁÆsti pole N byla płidæna monost volby typu v stupn logiky. KonfigurovatelnØ v stupn obvody jsou oznałeny jako OLM ( Output Logic Macroell ). Byla takø zm n na technologie programovæn. M sto jednoræzov propalovac ch propojek byla pouita technologie EEPROM. Obvody je tedy monø elektricky programovat a v pł pad nutnosti zm n je monø elektrick m vymazæn m uvøst obvod do nenaprogramovanøho stavu. Stav propojek je monø v kontroln m reimu i Ł st. Po kontrole maprogramovæn je monø obvod zajistit proti monosti Łten. Obvod nemæ ÆdnØ zvlætn vstupy urłenø k programovæn. o programovac ho stavu se uvede zv en m nap t na jednom z logick ch vstupø na, V. PotØ je vybræn łædek programovac matice płiveden m kombinace logick ch signælø na dal vstupy. ata jsou zapisovæna a Łtena søriov.

6 Nejroz łen j je obvod GL V 8. Je zapouzdłen v œzkøm pouzdłe s 0 v vody, z nich dva jsou napæjec ( 0 GN, 0 V ), osm pł mo vstupuj c ch do pole N ( a 9 ), dal ch osm v stupn ch ( a 9 ). Funkce zbyl ch dvou v vodø je zævislæ na konfiguraci obvodu. Mohou b t pouity jako nezævislø vstupy nebo jako vybavovac ( OE ) a hodinov ( LK ) vstup. a 8 v stupø je takø podle konfigurace zavedeno zp t do pole N. al obvod GL0V8 zapouzdłen v v vodovøm pouzdłe je pouze roz łen proti GLV8 o monost dal ch Łtuł vstupø. Obvody GL8V0 ( 0 v vodø ), GL0V0 ( v vodø ) a GLV0 ( 8 v vodø ) se odliuj velikost pole N a od obvodu GLV8 se li mon mi konfiguracemi v stupn makrobu ky a monost asynchronn ho nulovæn a synchron ho nastaven v stupn ch klopn ch obvodø pomoc dvou v stupø pole N. Z dal ch modifikac obvodø GL jsou zaj mavø obvody ispeepl ( in-system programmable EEPL ), u kter ch je monø pomoc programovac ch vstupø m nit funkci pł mo ve provozn m zapojen. Pł kladem je obvod ispglv8 a ispglv0. Pro aplikace vyaduj c n zk pł kon se klasickø obvody GL pł li nehod, klidov odb r Łin asi 0 m. Existuj vak obvody ve verz ch low pover ( 0 m ) a ve verz ch zerro power, kterø v klidovøm stavu odeb raj jen n kolik µ. Napł klad EPL obvod PLE8V8. Tento obvod obsahuje propojky tvołenø technologi EPROM. Pro søriovou v robu je dodævæna levnæ verze bez mazac ho okønka ( OTP - one time programmable ). JEE soubory JednÆ se o standartn formæt pro płenos informace o logickøm nævrhu propojek a konfigurac programovatelnøho obvodu z E programø do programætoru logick ch obvodø. ata souboru zał naj za komentæłem znakem STX ( 0h ). JednotlivÆ pole jsou ukonłena kombinac * (h) a koncem łædky (0h 0h). ata zał naj informac o typu obvodu. al pole : N@ slo_pinu* płiłazen næzvu pinu G0* nebo G* nastaven, nulovæn ochrany proti płełten QFpoŁet_programovateln ch_bitø* informace o velikosti programovatelnø pam ti QPpoŁet_pinø* połet v vodø pouzdra Ldddd bbbbbbbbbb* hodnoty jednotliv ch progamovateln ch bitø dddd decimæln adresa b poadovanæ hodnota bitu, połet je voliteln a pole lze rozdelit na v ce œsekø ata jsou ukonłena znakem ETX (0h). Za n m næsleduje hexadecimæln zapsan kontroln soułet. Æle næsleduje zkræcen v pis JEE souboru vytvołen programem OPL. PLV8 QP0* QF9* G0* F0* L0000 * L *

7 L * L *... L * L * L * L * L * L * L * L9 0* F*