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简单可编程逻辑器件,可编程逻辑器件的优化过程主要是对

时间:2023-05-03 11:58:34 阅读:107551 作者:292

历史可编程逻辑器件的发展随着半导体集成电路的发展而不断发展,其发展可分为以下四个阶段:

1 .第一阶段20世纪70年代,可编程器件只有简单的可编程只读存储器(PROM )、紫外线可擦只读存储器(EPROM )、电可擦只读存储器(EEPROM )三种,由于结构的限制

2 .第二阶段20世纪80年代,出现了结构稍复杂的可编程阵列逻辑(PAL )和通用阵列逻辑(GAL )器件,正式称为PLD,它们可以完成各种逻辑运算功能。 典型的PLD由“and”、“not”排列构成,以“and”方式实现任意组合逻辑,因此PLD可以以积和的形式完成很多逻辑的组合。 PAL设备是可编程的,编程后不能修改; 如果需要修复,则需要更换新的PAL设备。 然而,GAL装置不需要更换,只要用原始装置重新编程即可。

3 .第三阶段20世纪90年代,许多可编程逻辑器件制造商推出了与标准门阵列相似的FPGA和与PAL结构相似的可扩展性CPLD,以提高逻辑运算速度,具有体系结构和逻辑单元灵活性、集成度高、适用范围广等特点

4 .第四阶段21世纪初,现场可编程门阵列与CPU融合,集成在单个FPGA器件中。 典型的Xilinx猜测了两种基于FPGA的嵌入式解决方案:

)1) FPGA器件内置时钟频率高达500MHz的PowerPC硬核微处理器和1GHZ的ARM Cortex-A9双核硬核嵌入式处理器。

)2)提供MicroBlaze、PicoBlaze等低成本嵌入式软核处理器。

通过这些嵌入式解决方案,实现了软件需求和硬件设计的完美结合,FPGA的应用范围从数字逻辑扩展到了嵌入式系统领域。

可编程逻辑器件过程1 .熔丝连接过程最早允许对器件编程的技术是熔丝连接技术。 在使用该技术的设备中,所有逻辑都通过保险丝连接。 熔丝器件只能编程一次,一旦编程就不能永久改变。

保险丝的编程原理如图2.1所示。 进行编程时,需要烧断保险丝; 编程完成后,相应的保险丝被切断,如图2.2所示。

2 .反熔丝连接技术反熔丝技术,如果没有编程,则没有连接熔丝; 编程后,保险丝连接到逻辑单元。 反熔丝是连接两个金属的微非晶硅柱,在未编程的情况下,呈高阻状态; 编程结束后,形成连接。 反熔丝器件只能编程一次,一旦编程就永远无法改变。

反熔丝的编程原理如图2.3所示。 要进行编程,必须连接保险丝; 编程完成后,将连接相应的保险丝,如图2.4所示。

3.SRAM进程SRAM的结构如图2.5所示。 基于静态存储器SRAM的可编程设备在值存储在SRAM中时,只要系统正常供电,信息就不会丢失。 否则,信息就会丢失。 SRAM需要消耗大量的硅面积来存储数据,如果关闭电源,数据会丢失,但这些设备可以重复编程和修改。

大多数FPGA都采用了这个过程。 因此,在FPGA外部需要用于存储设计代码的PROM芯片。

4 .屏蔽处理ROM是非易失性设备,系统断电后将信息留在存储单元中。 屏蔽设备可以读取信息,但不能写入信息。 ROM单元如图2.6所示,保持行菜单列的数据,形成负载电阻维持逻辑1的阵列,在各矩阵的交叉点上有相关晶体管和屏蔽连接。

注:该技术成本较高,基本上很少使用。

为了让读者能够理解在上图中实现的功能,下面导出其机制。

PROM进程PROM是非易失性设备,在系统断电后,信息保存在存储单元中。 PROM设备可以编程一次,之后只能读取数据,不能写入新数据。 PROM单元保存行和列的数据,形成一个阵列,各列有负载电阻并维持逻辑1,各矩阵的交叉点连接有一个相关晶体管和一个掩模。 请参照下图。

如果可以多次编程,则称为EPROM和EEPROM技术。

6 .闪存过程使用闪存技术的芯片擦除速度比使用PROM技术的芯片快得多。 闪存技术可以采用多种结构,与EPROM单元一样,具有一个浮置栅晶体管单元和EEPROM器件的薄层氧化特性。

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