第讲-可编程逻辑器件(共16张PPT).pptx

可编程逻辑器件（PLD）是现代电子设计中不可或缺的一部分，它们允许用户根据特定需求定制逻辑功能，极大地提高了设计灵活性和效率。自20世纪70年代以来，PLD经历了多次技术革新，从最初的PROM、PLA到后来的PAL、GAL，再到现在的CPLD和FPGA，其性能和功能不断进化。 PLD的发展历程可以追溯到1970年代初，当时主要使用的是PROM（Programmable Read-Only Memory）和PLA（Programmable Logic Array）。PROM是一种一次性编程的存储器，用户可以预先烧录所需的逻辑功能。PLA则提供了更高级的逻辑构造，但设计仍然相对有限。随后，AMD公司推出了PAL（Programmable Array Logic），这标志着第一代可编程逻辑器件的诞生。 到了80年代初，Lattice公司推出了GAL（Generic Array Logic），这是第二代PLD，它具有更高的灵活性。90年代初，Lattice再次引领潮流，提出了ISP（In-System Programming）概念，推出了ispLSI系列，使得器件在系统中即可进行编程。同时，Xilinx公司推出了FPGA（Field Programmable Gate Array）和Altera公司的EPLD（Erasable Programmable Logic Device），这两种器件都极大地扩展了可编程逻辑的边界。 FPGA与CPLD是现代PLD的两大主流类型。FPGA以其高度的灵活性和可编程性而闻名，其内部由大量的可配置逻辑单元和互连资源组成，延迟时间可根据布线路径的不同而变化，适用于需要高速、复杂逻辑的应用。FPGA的逻辑单元通常由静态存储器（SRAM）构建的查找表组成，可以实现任意逻辑函数。而CPLD（Complex Programmable Logic Device）通常拥有500到50000个门，相比于FPGA，它的密度较低，但设计更为简单，更适合中等复杂度的应用。 PLD的特点包括高集成度、高速度、高可靠性以及在系统编程能力。随着技术的发展，PLD的密度不断提高，单片集成的系统门数可达千万级别，工作频率也达到了420MHz以上，制造工艺更是进入了甚深亚微米（VDSM）阶段。这些特性使得PLD在现代电子设计中占据了主导地位，据统计，PLD占整个集成电路产值的40%以上，并且其产量和集成度每年都在以35%的速度增长，成本则下降40%。 在实际应用中，PLD可以根据不同的需求和应用场景进行分类。例如，按照器件密度，可以分为低密度PLD（如PLA、PROM、PAL、GAL）和高密度PLD（如HDPLD）。低密度PLD通常用于小型或简单的逻辑设计，而高密度PLD则适用于大型、复杂的系统集成。此外，还可以根据器件的内部互连结构和逻辑单元结构，将PLD分为FPGA和CPLD两类。 总的来说，可编程逻辑器件的发展极大地推动了电子设计的创新，它们不仅提供了设计者所需的灵活性，还降低了开发成本，加快了产品上市时间。从早期的基础逻辑阵列到现代的复杂可编程逻辑，PLD始终是数字系统设计中的关键组成部分，对于理解和掌握现代电子技术至关重要。