EDA技术 第02讲 PLD.pptx

EDA技术，即电子设计自动化（Electronic Design Automation），是现代电子设计的核心技术，它通过软件工具帮助工程师实现从概念设计到物理实现的全过程。在本讲中，我们将重点讨论一种重要的EDA工具——可编程逻辑器件（Programmable Logic Devices, PLD）。 PLD的出现背景源于对传统数字电路设计方法的局限性的克服。传统的数字电路设计通常基于布尔函数，通过卡诺图进行逻辑简化，然后利用74、54系列等中、小规模集成电路构建组合电路和时序电路。然而，这种方法存在诸多限制，如卡诺图化简仅适用于输入较少的函数，设计过程依赖于特定的芯片选择，且系统集成度低，导致电路板面积大、功耗高、可靠性差。为了解决这些问题，人们提出了PLD，这是一种可以按照用户需求进行编程的专用集成电路，具有开发周期短、投入小、风险低的优点。 PLD的基本理论基础是任何组合电路都可以表示为输入信号最小项的和或最大项的积的形式，而时序电路则包含可记忆元件，如触发器，其输出由输入信号和反馈信号通过逻辑关系决定。PLD的结构通常包括互补输入、与阵列模块、或阵列模块、输出反馈电路模块以及查找表模块。这些模块共同构成了一个可编程的逻辑网络，允许用户根据需要定义内部逻辑。 PLD的编程单元有易失性和非易失性两种类型。易失性如SRAM，需要在每次上电时重新加载编程数据，例如现场可编程逻辑阵列（Field-Programmable Gate Array, FPGA）。而非易失性编程单元如EPROM和EEPROM，如复杂可编程逻辑器件（Complex Programmable Logic Device, CPLD），它们在断电后仍能保持编程信息，且可反复编程，但相对于SRAM型器件，它们的编程速度较慢，功耗也较大。 PLD器件根据编程工艺和集成度的不同，可以分为多个类别。熔丝编程器件通过熔断熔丝来设定逻辑连接，反熔丝编程则是通过介质击穿实现。SRAM型PLD如FPGA，可以多次编程，但需要外部存储器来保存配置数据。EPROM和EEPROM型PLD如CPLD，编程后无需每次上电重新加载，但它们的性能和功耗相对较低。 在集成度方面，PLD分为低密度和高密度两类。低密度PLD如PROM、PLA、PAL、GAL和EPLD，适合小型和简单的逻辑设计。高密度PLD如CPLD和FPGA，提供了更高的逻辑门数量和更复杂的逻辑结构，适合大型和复杂的电子系统实现。 PROM作为早期的PLD，其逻辑阵列是固定的，而可编程部分主要在于或阵列，通过烧录来设定连接，可以实现如半加器等基本逻辑功能。随着技术的发展，PLD的结构和功能越来越多样化，能够满足从简单逻辑到复杂系统的各种设计需求。 EDA技术中的PLD为电子设计带来了革命性的变化，它使得设计师能够快速、灵活地实现定制化的数字电路，极大地推动了电子系统的设计效率和创新性。随着技术的进步，PLD的应用范围不断扩大，从通信、计算机、工业控制到消费电子产品，几乎无处不在，成为了现代电子设计不可或缺的一部分。