Глава 9. Плис – программируемые логические интегральные схемы.

В цифровую систему обработки информации входят процессор, память, периферийные устройства, интерфейсные схемы (устройства). Процессор и память можно считать стандартными устройствами, так как они изготавливаются для решения широкого круга задач путем последовательного выполнения определенных команд. Достигают высокой степени интеграции, и их высокая стоимость оправдывается их большими сериями выпуска.

С другой стороны в вычислительной системе присутствуют устройства, характерные для данной разработки, например, блоки управления, итерфейсные устройства и т.д., которые выпускаются более мелкими сериями, в то же время требующие высокой степени интеграции. Использование микросхем среднего уровня интеграции невыгодно из-за роста габаритов устройств, усложнения монтажа, снижения надежности и т.д.

Для решения этой проблемы оказалось выгодным применение ПЛИС с программируемой и репрограммируемой структурой.

Первой такой структурой явилась ПЛМ (PLA – Programmable Logic Array) – программируемая логическая матрица.

Дальнейшим развитием ПЛМ явились:

- ПЛМ – программируемая матричная логика (PAL – Programmable Array Logic),

- БМК – базовый матричный кристалл (GA – Gate Array), который еще называют вентильной матрицей.

ПЛИС достигли такого уровня интеграции, что стали решать задачи создания на одном кристалле сложной цифровой системы.

§ 9.1 ПЛМ.

Основой ПЛМ является последовательность программируемых матриц элементов И и ИЛИ. В структуру ПЛМ могут входить блоки входных и выходных буферных каскадов, которые в основном преобразовывают однофазные входные сигналы в двухфазные, формируют сигналы нужной мощности, обеспечивают нагрузочную способность ПЛМ и т.д.

Основные параметры ПЛМ:

- число входов m;

- число термов l;

- число выходов n.

Базовая структура ПЛМ приведена на рис. 9.01.

ПЛМ реализует ДНФ (дизъюнктивную нормальную форму) воспроизводимых функций (двухуровневую логику), способна реализовать систему n логических функций от m аргументов, содержащую не более l термов.

Функции Fi могут быть комбинациями из любого числа вырабатываемых элементами термов. То, какие термы участвуют в функции Fi , определяется программированием ПЛМ.

На рис. 9.02 приведена схема ПЛМ, содержащая 3 входа (Хi), 2 выхода (две ИЛИ) и 4 элемента И, вырабатывающих 4 терма t1÷t4.

В исходной ПЛМ все горизонтальные и вертикальные линии (шины) матриц М1 и М2 соединены перемычками, поэтому при любых комбинациях Х1, Х2, Х3 на выходах t (элементов И) и, следовательно, на выходах Fi (элементов ИЛИ) будет «0», так как на входы И одновременно поступают: Хi· = 0. В качестве перемычек могут быть использованы: плавкие нихромовые, из кристаллического кремния и других материалов в сочетании с диодами и транзисторами ТТЛ или КМОП – технологий, схемы, которые представлены на рис. 9.03.

Плавающий затвор играет роль перемычки. Им можно управлять пропусканием сигнала (запиранием или восстановлением связи приложением напряжения нужной полярности). При разрушении перемычки влияние шины И на шину ИЛИ прекращается.

Таким образом, ПЛМ можно программировать многократно при использовании плавающего затвора.

В качестве перемычек могут использоваться светочувствительные материалы, что позволяет использовать матрицу многократно с использованием светового воздействия.

В матрицах М1 и М2 могут использоваться и элементы И-НЕ и ИЛИ-НЕ. Действительно, в соответствии с правилами де Моргана:

ti= = · · и Fi= .