1、14.6 可编程逻辑器件可编程逻辑器件 （PLD,Programmable Logic Device）一、一、PLD的基本特点的基本特点1.数字集成电路从功能上有分为数字集成电路从功能上有分为通用型通用型、专用型专用型两大类两大类2.PLD的特点：是一种按的特点：是一种按通用器件通用器件来生产，但来生产，但逻辑功能逻辑功能是是由由用户用户通过对器件通过对器件编程编程来设定的来设定的数字系统2可编程逻辑器件可编程逻辑器件PLD是一种是一种通用器件通用器件，但其，但其逻辑功能逻辑功能可可由由用户通过编程来设定用户通过编程来设定。与小规模通用型集成电路相比，用与小规模通用型集成电路相比，用PLD实现
2、数字系统，实现数字系统，有集成度高、速度快、功耗小、可靠性高等优点。有集成度高、速度快、功耗小、可靠性高等优点。与大规模专用集成电路相比，用与大规模专用集成电路相比，用PLD实现数字系统，有实现数字系统，有研制周期短、先期投资少、无风险、修改逻辑设计方便、研制周期短、先期投资少、无风险、修改逻辑设计方便、小批量生产成本低等优势。小批量生产成本低等优势。PLD诞生于诞生于70年代。经历了从年代。经历了从PROM、PLA、PAL、GAL到到EPLD、CPLD、FPGA、ispD等高密度等高密度PLD的的发展过程。发展过程。二、二、用用PLD设计数字系统的特点设计数字系统的特点3PLD是实现是实现电
3、子设计自动化电子设计自动化的硬件基础的硬件基础 基于芯片的设计方法基于芯片的设计方法可编程器件可编程器件芯芯 片片 设设 计计电路板的设计电路板的设计电电 子子 系系 统统传统电子系统设计方法传统电子系统设计方法固定功能元件固定功能元件电路板的设计电路板的设计电电 子子 系系 统统EDA是是“基于芯片的设计方法基于芯片的设计方法”传统的数字系统设计方法是传统的数字系统设计方法是“固定功能集成块固定功能集成块+连线连线”。三、电子设计自动化三、电子设计自动化（EDAElectronic Design Automation）当然，仅有当然，仅有PLD还不够，还要有还不够，还要有EDA开发系统。开发
4、系统。4四、基于四、基于PLDPLD设计流程设计流程 基于可编程逻辑器件设计分为三个步骤：设计输入、设计基于可编程逻辑器件设计分为三个步骤：设计输入、设计实现、编程。其设计流程如下图。实现、编程。其设计流程如下图。器器 件件 编编 程程功能仿真功能仿真设计输入设计输入 原理图原理图 硬件描述语言硬件描述语言设计实现设计实现 优化优化 合并、映射合并、映射 布局、布线布局、布线器件测试器件测试时时序序仿仿真真设计实现：设计实现：生成下载所需的各种文件。生成下载所需的各种文件。器件编程：器件编程：即即“下载下载”和和“配置配置”，即将编程数据放到具体的可编程，即将编程数据放到具体的可编程 器件中。
5、器件中。5 由与门构成的与阵列用来产生乘积项。由与门构成的与阵列用来产生乘积项。由或门构成的或阵列用来产生乘积项之和的逻辑函数。由或门构成的或阵列用来产生乘积项之和的逻辑函数。输入缓冲电路可以产生输入变量的原变量和反变量。输入缓冲电路可以产生输入变量的原变量和反变量。输出结构相对于不同的输出结构相对于不同的PLD差异很大，有些是组合逻辑差异很大，有些是组合逻辑输出结构，有些则是时序逻辑输出结构。输出结构，有些则是时序逻辑输出结构。67可编程逻辑阵列可编程逻辑阵列PLA（更多参看附录一）（更多参看附录一）可可编编程程的的“或或”阵阵列列可可编编程程的的“与与”阵阵列列 BAYBDACYDCBAA
6、BCDY123Y0=C D8前面分析中：输入信号处于前面分析中：输入信号处于稳定状态（静态）；稳定状态（静态）；当输入信号处于当输入信号处于跳变状态（动态）跳变状态（动态），且且tpd 不能忽略时。不能忽略时。在在t1t2 时间内，电路输出端产时间内，电路输出端产生了生了Y=1的尖峰脉冲的尖峰脉冲(噪声噪声)；Y=A AY 0tpdt1 t2 t3 t4AYA它不符合静态下它不符合静态下Y=AA恒为恒为 0 的的逻辑关系。逻辑关系。设设静态时，静态时，动态，且动态，且 tpd 0 时时,Y=？tpdAAtpd&1Y9竞争竞争：门电路两个输入信号门电路两个输入信号同时向相反同时向相反的逻辑电平跳
7、变的现象。的逻辑电平跳变的现象。竞争竞争-冒险冒险：由于竞争在电路输出端由于竞争在电路输出端可能可能产生尖峰脉冲的现象。产生尖峰脉冲的现象。101 1、化简法（对于简单的逻辑函数）、化简法（对于简单的逻辑函数）3 3、实验法、实验法用示波器观察电路输出端有无尖峰脉冲。用示波器观察电路输出端有无尖峰脉冲。2 2、用计算机辅助分析的手段检查复杂的数字系统用计算机辅助分析的手段检查复杂的数字系统只要逻辑函数在一定的条件下能化只要逻辑函数在一定的条件下能化成成Y=AA 或或 Y=A+A 的形式，则可判定其电路有竞争的形式，则可判定其电路有竞争冒险的可能。冒险的可能。原则：原则：检查是否有这样的输出门，
8、当电路的输入信号变检查是否有这样的输出门，当电路的输入信号变化时，它的两个输入信号同时向相反的逻辑电平跳变。化时，它的两个输入信号同时向相反的逻辑电平跳变。11例例4.9.1 试判断下图中的两个电路是否存在竞争试判断下图中的两个电路是否存在竞争-冒险现冒险现象。已知任何瞬间输入变量只可能有一个改变状态。象。已知任何瞬间输入变量只可能有一个改变状态。a图：图：b图：图：当当A=C=0时时当当B=C=1时，时，解：解：AAYCAABY)(CBBAYBBY则判定两电路有竞争则判定两电路有竞争冒险的可能冒险的可能有竞争有竞争-冒险冒险121、在电路的输出端接入、在电路的输出端接入滤波电容滤波电容。1A
9、L=A AG1G2&CAAL 在可能产生冒险的门电在可能产生冒险的门电路输出端并接一个滤波电容路输出端并接一个滤波电容（一般为几十几百（一般为几十几百pFpF）；）；利用利用电容两端的电压不电容两端的电压不能突变能突变的特性，使输出波形的特性，使输出波形上升沿和下降沿都变得比较上升沿和下降沿都变得比较缓慢，从而消除冒险现象。缓慢，从而消除冒险现象。13 使电路使电路静态时工作静态时工作，动动态时（即跳变时）封锁态时（即跳变时）封锁。2、在电路的输入端引入、在电路的输入端引入选通脉冲。选通脉冲。&1AYPt1 t2 t3 t40AAtpdtpd14冒险改变状态时存在竞争当稳态下的条件下，在AYAAYCBCAABY11BCCAABY3、修改逻辑设计、修改逻辑设计增加增加冗余项。冗余项。15思考题思考题P186 R4.6.1P205 4.32
