EDA 技术：第二章 大规模可编程逻辑器件.ppt

**EDA技术：大规模可编程逻辑器件** 在电子设计自动化（EDA）领域，大规模可编程逻辑器件（PLD）是至关重要的组成部分，它们为数字电路设计提供了极大的灵活性和可定制性。PLD允许工程师根据需求创建定制化的逻辑电路，而无需进行物理布线。下面将详细探讨PLD的基本概念、分类、CPLD和FPGA的特点以及它们的工作原理。 **2.1 PLD简介** 可编程逻辑器件起源于20世纪70年代，从最初的PROM和PLA发展到后来的GAL、EPLD、CPLD和FPGA。PLD的种类繁多，如PROM、EPROM、EEPROM、PLA、FPLA、PAL、GAL、CPLD、EPLD、EEPLD、HDPLD等，这些器件的差异主要在于可编程性、密度和功能。 **2.2 可编程逻辑器件的分类** 根据器件密度，PLD可以分为低密度PLD和高密度PLD（HDPLD）。低密度PLD包括PLA、PROM、PAL和GAL，适合实现简单逻辑功能。而高密度PLD（如CPLD和FPGA）则能实现更复杂的逻辑电路，通常包含500门以上的逻辑元素。 **2.3 CPLD结构与工作原理** CPLD（Complex Programmable Logic Device）是一种固定长度连线资源的确定型结构，其逻辑单元主要由“与或阵列”构成。例如，MAX7128S的结构包含逻辑阵列块（LAB）、宏单元、扩展乘积项、可编程连线阵列（PIA）和I/O控制块。每个LAB由多个宏单元组成，宏单元包含“与或阵列”和可编程连线，通过PIA进行布线，形成所需的逻辑功能。CPLD通常采用EEPROM工艺，且一次性编程。 **2.4 FPGA结构与工作原理** FPGA（Field Programmable Gate Array）是一种统计型结构，内部互连由多种长度的连线资源组成，延迟不确定。FPGA的核心是查找表（LUT），每个LUT可以实现任意N输入逻辑函数。FPGA的典型例子如FLEX10K系列，其内部结构包括嵌入式阵列块（EAB）、逻辑阵列块（LAB）、逻辑单元（LE）和快速通道互连。LE是FPGA的基本构建单元，包含查找表、进位链和I/O控制等功能。FPGA采用SRAM工艺，因此需要外部配置存储器来保持配置。 **总结** CPLD和FPGA都是可编程逻辑器件，但它们在结构、性能和应用场景上有所不同。CPLD更适合对延迟有严格要求且逻辑相对简单的应用，而FPGA则适用于需要高度灵活、复杂逻辑和高性能的应用。两者的选择取决于设计的需求，如功耗、速度、成本和可编程性等因素。随着技术的进步，PLD在现代电子系统中的角色越来越重要，为设计师提供了无尽的创新空间。