EDA/PLD中的可编程逻辑器件的基本结构

可编程逻辑器件PLD的基本结构如图1所示。由图可见，PLD器件由输入控制电路、与阵列、或阵列及输出控制电路组成。在输人控制电路中，输人信号经过输入缓冲单元产生每个输入变量的原变量和反变量，并作为与阵列的输入项。与阵列由若干个与门组成，输入缓冲单元提供的各输入项被有选择地连接到各个与门输入端，每个与门的输出则是部分输入变量的乘积项。各与门输出又作为或阵列的输入，这样或阵列的输出就是输人变量的与或形式。输出控制电路将或阵列输出的与或式通过三态门、寄存器等电路，一方面产生输出信号，另一方面作为反馈信号送回输入端，以便实现更复杂的逻辑功能。因此，利用PLD器件可以方便地实现各种逻辑函数。 图1 PL 在现代电子设计自动化（EDA）领域中，可编程逻辑器件（PLD）是一类重要的组件，其灵活性和可配置性极大地简化了电子系统的开发过程。PLD器件因其能够根据用户需求定制化地实现各种数字逻辑功能，成为电子设计中不可或缺的一部分。本文将深入探讨PLD的基本结构和其工作原理，以图解的方式展现其内部构造及其对复杂逻辑功能的支持能力。 可编程逻辑器件（PLD）的核心功能之一是提供灵活的逻辑实现方式，它主要由以下四个关键部分组成：输入控制电路、与阵列、或阵列以及输出控制电路。这些组件的紧密配合，使得PLD能够在不更换硬件的前提下，根据用户的编程需求实现不同的逻辑功能。 PLD的输入控制电路是其处理输入信号的第一个环节。输入信号一进入PLD设备，便首先经过输入缓冲单元。该单元的作用是调整信号电平，使其适应PLD内部电路的需要。除了电平转换之外，输入缓冲单元还负责生成输入变量的原变量和反变量。这样的设计是为了支持后续与阵列中的逻辑运算，因为在布尔逻辑中，处理两种状态（即逻辑高和逻辑低）是非常必要的。原变量和反变量作为与阵列的输入项，使得PLD能够对每个输入变量的两种状态进行处理。 接下来，与阵列作为PLD的核心部分之一，负责接收来自输入控制电路的原变量和反变量，并进行初步的逻辑处理。与阵列由多个与门组成，通过可编程的连接矩阵将输入缓冲单元产生的输入项有选择地连接到与门的输入端。每个与门的输出是其输入项的逻辑乘积，即所谓部分乘积项。只有当所有输入均为高电平时，与门的输出才会是高电平。与阵列的输出部分乘积项是实现PLD复杂逻辑表达式的基础，这种乘积项的组合方式是PLD实现丰富逻辑功能的关键。 与阵列的输出随后作为或阵列的输入，或阵列由多个或门组成。在或阵列中，这些部分乘积项会被进一步处理，通过或门进行逻辑或运算。或门的输出代表了输入变量的与或形式，这种结构极大地扩展了PLD能够覆盖的逻辑功能范围。由于与或逻辑是布尔代数的基础，这种设计使得PLD能够实现几乎所有的布尔函数。 PLD的输出控制电路对或阵列的输出进行最终的处理。输出控制电路可能包括三态门、寄存器等组件，用于生成最终的输出信号。此外，输出控制电路还能将输出信号反馈到输入端，形成一个内部反馈回路。这种内部回路在实现时序逻辑或自定义循环逻辑时非常重要，因为它能够利用反馈信号对后续的输入信号进行控制。 PLD的这种结构不仅支持广泛的逻辑功能实现，还具备高度的可编程性。设计师可以根据具体的应用需求，对PLD进行编程，以实现所需的逻辑功能。这种灵活性显著地简化了数字系统设计的复杂性，减少了开发时间，并降低了成本。由于这些优点，PLD广泛应用于通信、计算机、工业控制、汽车电子等领域，成为现代电子系统设计中不可或缺的组件。