De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

Dirk Smets KHLim - dep. IWT Digitale Elektronica Programmeerbare Logica SPLD : Simple Programmable Logic Devices DIA 1 DIA 1 PROM = niet altijd ideaal.

Verwante presentaties


Presentatie over: "Dirk Smets KHLim - dep. IWT Digitale Elektronica Programmeerbare Logica SPLD : Simple Programmable Logic Devices DIA 1 DIA 1 PROM = niet altijd ideaal."— Transcript van de presentatie:

1

2 Dirk Smets KHLim - dep. IWT Digitale Elektronica Programmeerbare Logica SPLD : Simple Programmable Logic Devices DIA 1 DIA 1 PROM = niet altijd ideaal l PROM blijkt niet ideaal te zijn als de te realiseren functie(s) niet alle ingangsvariabelen omvat(ten) l Daarom: andere oplossingen gewenst ! l Het probleem bij de PROM situeert zich in de vaste, volledig uitgedecodeerde AND-matrix (adresdecoder) l Indien deze AND-matrix nu ook programmeerbaar zou zijn, dan kan het probleem misschien opgelost zijn ! l Deze oplossingsmethode is gerealiseerd is de PLA : PLA = Programmable Logic Array

3 Dirk Smets KHLim - dep. IWT Digitale Elektronica Programmeerbare Logica SPLD : Simple Programmable Logic Devices DIA 2 DIA 2 =vaste AND-matrix, programmeerbare OR-matrix VAST PLA =programmeerbare AND-matrix, programmeerbare OR-matrix PROGRAMMEERBAAR PROM => PLA

4 Dirk Smets KHLim - dep. IWT Digitale Elektronica Programmeerbare Logica SPLD : Simple Programmable Logic Devices DIA 3 DIA 3 PLA = Programmable Logic Array =programmeerbare AND-matrix, programmeerbare OR-matrix PROGRAMMEERBAAR CC’BB’AA’ C B A Fusable links Fusable links = “opblaasbare zekeringen”. Eens doorgebrand zijn deze permanent open.

5 Dirk Smets KHLim - dep. IWT Digitale Elektronica Programmeerbare Logica SPLD : Simple Programmable Logic Devices DIA 4 DIA 4 PLA = Programmable Logic Array l Zeer flexibele bouwsteen: n niet alleen de OR-matrix is programmeerbaar, maar ook de AND-matrix is nu volledig programmeerbaar n we kunnen dus voor elke individuele minterm zelf bepalen welke variabele er wèl en welke er nièt deel van uitmaakt Voorbeeld: Om de afzonderlijke mintermen samen te stellen, gaan we in het AND-vlak een aantal zekeringen doorblazen. ( X = intacte zekering) De functies worden samengesteld door het programmeren van het OR-vlak : F G H J

6 Dirk Smets KHLim - dep. IWT Digitale Elektronica Programmeerbare Logica SPLD : Simple Programmable Logic Devices DIA 5 DIA 5 PLA = Programmable Logic Array n Zeer flexibele bouwsteen: l volledig programmeerbare AND-matrix en OR-matrix n Goed idee, maar … l er is meer interne logica nodig om beide arrays program- meerbaar te maken l hierdoor wordt de logica trager en de component duurder l PLA is nooit echt doorgebroken in de praktijk

7 Dirk Smets KHLim - dep. IWT Digitale Elektronica Programmeerbare Logica SPLD : Simple Programmable Logic Devices DIA 6 DIA 6 PAL = Programmable Array Logic l Andere basisstructuur: n deze nieuwe component krijgt de naam PAL = Programmable Array Logic n om opnieuw tot een werkbare component met toch de nodige flexibiliteit te komen, past men de configuratie van de PLA aan zodat we eigenlijk komen tot de omgekeerde ROM-configuratie: n men houdt de AND-matrix volledig programmeerbaar, terwijl de OR-matrix vast wordt PAL = Programmable Array Logic

8 Dirk Smets KHLim - dep. IWT Digitale Elektronica Programmeerbare Logica SPLD : Simple Programmable Logic Devices DIA 7 DIA 7 Vergelijkend overzicht: PROM: vaste AND, programmeerbare OR PLA: programmeerbare AND, programmeerbare OR PAL: programmeerbare AND, vaste OR

9 Dirk Smets KHLim - dep. IWT Digitale Elektronica Programmeerbare Logica SPLD : Simple Programmable Logic Devices DIA 8 DIA 8 PAL : voorbeeld van realisatie van 2 functies F 1 = DC + D’C’ + BA’ + B’A F 2 = DA + CB’ + D’C’BA DC D’C’ BA’ B’A DA CB’ 0 D’C’BA x betekent verbinding aanwezig (zekering is niet doorgeblazen) niet-gebruikte minterm: alle zekeringen mogen intact blijven X DCB A vereenvoudigde notatie

10 Dirk Smets KHLim - dep. IWT Digitale Elektronica Programmeerbare Logica SPLD : Simple Programmable Logic Devices DIA 9 DIA 9 Eenvoudigste PAL : PAL10H8 l 10 ingangen IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 IN8 IN9 IN10 l 8 (actief hoge) uitgangen OUT1 OUT2 OUT3 OUT4 OUT5 OUT6 OUT7 OUT8 l elke uitgang wordt gevormd als de logische som van (slechts) twee mintermen, die kunnen samengesteld worden uit de tien ingangen (en hun inverse) l elke uitgang l geheel is ondergebracht in een 20-pins IC-behuizing : 10 ingangen + 8 uitgangen + Ucc + GND U CC GND

11 Dirk Smets KHLim - dep. IWT Digitale Elektronica Programmeerbare Logica SPLD : Simple Programmable Logic Devices DIA 10 DIA 10 Naamgeving : PAL10H8 l1l10 ingangen l8l8 uitgangen GND IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 IN8 IN9 IN10 OUT1 OUT2 OUT3 OUT4 OUT5 OUT6 OUT7 OUT8 U CC lUlUitgangen zijn actief HOOG

12 Dirk Smets KHLim - dep. IWT Digitale Elektronica Programmeerbare Logica SPLD : Simple Programmable Logic Devices DIA 11 DIA 11 Varianten op de PAL10H8 l PAL10H8 = 10 ingangen + 8 (actief hoge) uitgangen l Varianten met meer ingangen en dus minder uitgangen: n PAL12H6 = 12 ingangen + 6 (actief hoge) uitgangen n PAL14H4 = 14 ingangen + 4 (actief hoge) uitgangen n PAL16H2 = 16 ingangen + 2 (actief hoge) uitgangen l blijven in een 20-pins behuizing zitten l interne structuur wijzigt wel: l per uitgang zijn er twee AND-poorten l elke PAL-ingang komt gewoon en geïnverteerd terecht op elke AND- poort; als er P ingangen zijn, heeft elke AND-poort 2*P ingangen l PAL10H8 heeft 16 AND-poorten met elk 20 ingangen, PAL16H2 heeft 4 AND-poorten met elk 32 ingangen

13 Dirk Smets KHLim - dep. IWT Digitale Elektronica Programmeerbare Logica SPLD : Simple Programmable Logic Devices DIA 12 DIA 12 Varianten op de PAL10H8 l PAL10H8 = 10 ingangen + 8 (actief hoge) uitgangen l Varianten met meer ingangen en dus minder uitgangen: n PAL12H6 - PAL14H4 - PAL16H2 l Uitgangen actief LAAG i.p.v. actief HOOG : n PAL10L8 = 10 ingangen + 8 (actief lage) uitgangen n PAL12L6 = 12 ingangen + 6 (actief lage) uitgangen n PAL14L4 = 14 ingangen + 4 (actief lage) uitgangen n PAL16L2 = 16 ingangen + 2 (actief lage) uitgangen l uitgang = 2 AND-poorten + 1 NOR-poort

14 Dirk Smets KHLim - dep. IWT Digitale Elektronica Programmeerbare Logica SPLD : Simple Programmable Logic Devices DIA 13 DIA 13 Beperkingen van de PAL10H8 lElElke uitgang van de PAL10H8 is de som van slechts twee mintermen nWnWat als mijn functie moet opgebouwd worden met meer mintermen? nFnFuncties kunnen uitgebreid worden door een uitgang waarop een deelfunctie is gerealiseerd, uitwendig te gaan door- verbinden met een vrije ingang Voorbeeld: C B A F

15 Dirk Smets KHLim - dep. IWT Digitale Elektronica Programmeerbare Logica SPLD : Simple Programmable Logic Devices DIA 14 DIA 14 Beperkingen van de PAL10H8 l Elke uitgang van de PAL10H8 is de som van slechts twee mintermen n Wat als mijn functie moet opgebouwd worden met meer mintermen? n Functies kunnen uitgebreid worden door een uitgang waarop een deelfunctie is gerealiseerd, uitwendig te gaan door- verbinden met een vrije ingang nDnDe realisatie van zo’n deelfunctie slorpt echter een uitgangspin op, die nu niet meer voor iets anders kan gebruikt worden. Bovendien moet er uitwendig een doorverbinding gemaakt worden.  Er is zeker behoefte aan complexere PALs !

16 Dirk Smets KHLim - dep. IWT Digitale Elektronica Programmeerbare Logica SPLD : Simple Programmable Logic Devices DIA 15 DIA 15 Een wat complexere PAL : PAL16L8 n maximaal 16 ingangen n maximaal 8 uitgangen l elke uitgang wordt gevormd als de logische som van zeven mintermen n hiermee kunnen dus rechtstreeks heel wat grotere sommen mee gemaakt worden l elke uitgang l Opgelet! n het geheel is opnieuw ondergebracht in een 20-pins IC-behuizing n 16 ingangen + 8 uitgangen + Ucc + GND vereisen toch minstens 26 pennen? n speciale uitgangsstructuur ! l PAL16L8 n uitgangen zijn actief LAAG

17 Dirk Smets KHLim - dep. IWT Digitale Elektronica Programmeerbare Logica SPLD : Simple Programmable Logic Devices DIA 16 DIA 16 PAL16L8 : structuur l er zijn 10 vaste ingangen (geen 16) l er zijn slechts 2 vaste uitgangen n Om dit te realiseren wordt in deze uitgangs- lijnen een tri-state inverter aangebracht l de 6 overige pinnen kunnen als in- gang OF als uitgang gebruikt worden IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 IN8 IN9 IN10 OUT1 OUT2 IO1IO1 IO2IO2 IO3IO3 IO4IO4 IO5IO5 IO6IO6 n bevindt deze zich in de ENABLE-toestand n bevindt deze zich in de DISABLE-toestand l dan wordt het signaal van de OF-poort geïnverteerd doorgegeven en gedraagt de pen zich als uitgang l deze uitgang wordt intern ook teruggekoppeld naar de AND-matrix via de buffer/inverter en is op die manier bruikbaar voor uitbreiding (zonder dat we hiervoor extern een doorverbinding moeten maken) l dan wordt het signaal van de OF-poort NIET doorgegeven (open schakelaar) l de pen kan nu als ingang gebruikt worden

18 Dirk Smets KHLim - dep. IWT Digitale Elektronica Programmeerbare Logica SPLD : Simple Programmable Logic Devices DIA 17 DIA 17 PAL16L8 : structuur l er zijn 10 vaste ingangen (geen 16) l er zijn slechts 2 vaste uitgangen l de 6 overige pinnen kunnen als in- gang OF als uitgang gebruikt worden IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 IN8 IN9 IN10 OUT1 OUT2 IO1IO1 IO2IO2 IO3IO3 IO4IO4 IO5IO5 IO6IO6 n er zijn MAXIMAAL 8 uitgangen l in dit geval kunnen we alleen de 10 vaste ingangspennen gebruiken om variabelen aan te sluiten l eigenlijk hebben we nu een PAL10L8 n er zijn MAXIMAAL 16 ingangen l in dit geval kunnen we alleen de 2 vaste uitgangspennen gebruiken om functies te realiseren l eigenlijk hebben we nu een PAL16L2

19 Dirk Smets KHLim - dep. IWT Digitale Elektronica Programmeerbare Logica SPLD : Simple Programmable Logic Devices DIA 18 DIA 18 PAL16L8 : structuur IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 IN8 IN9 IN10 OUT1 OUT2 IO1IO1 IO2IO2 IO3IO3 IO4IO4 IO5IO5 IO6IO6 l Eigenlijk verwijst de 16 in de naam PAL16L8 naar het aantal mogelijke aansluitingen dat we (gewoon én ook nog eens geïnverteerd) hebben in de AND-matrix 16*2 = 32 lijnen l Bij elk van de 8 mogelijke uitgangen horen telkens 8 AND-poorten. n Deze 64 AND-poorten kunnen aan- gesloten worden op elk van deze 32 lijnen. n In totaal zijn er hier dus 64 * 32 = 2048 zekeringen in de AND-matrix. 64 * 32 = 2048 zekeringen

20 Dirk Smets KHLim - dep. IWT Digitale Elektronica Programmeerbare Logica SPLD : Simple Programmable Logic Devices DIA 19 DIA 19 Uitgangspolariteit l Bij de PAL16L8 zijn de uitgangen allemaal actief laag n De AND-OR functie wordt immers gevolgd door een tri-state invertor l Er bestaat ook een PAL16H8 met allemaal actief hoge uitgangen n Hier wordt de AND-OR functie gevolgd door een tri-state buffer l Het zou handig zijn indien we de polariteit per uitgang apart zelf zouden kunnen kiezen ! n Dit is gerealiseerd in de PAL16P8 (P = Programmeerbare polariteit) n Hiertoe wordt een EXOR bijgeplaatst achter de OR-poort l Als de vrije ingang van de EXOR aan de massa ligt, geeft hij het signaal gewoon door BUFFER INVERTOR l Als de vrije ingang van de EXOR aan de plus ligt, geeft hij het signaal geïnverteerd door

21 Dirk Smets KHLim - dep. IWT Digitale Elektronica Programmeerbare Logica SPLD : Simple Programmable Logic Devices DIA 20 DIA 20 Sequentiële PAL l De vorige PALs kunnen in principe alleen combinatorische functies realiseren n er is hooguit de mogelijkheid om een LATCH- functie te verkrijgen via (externe of interne) terugkoppelingen naar de AND-matrix n er zal ongetwijfeld behoefte zijn aan PALs met ingebouwde flipflops l De PAL16R8 is een sequentiële PAL n hiertoe is in elke uitgangslijn een D-flipflop opgenomen n de clock-ingang is gemeenschappelijk voor alle D-flipflops en zit op pin 1 l ideaal voor synchrone schakelingen (CTR, SRG) n de output enable van de tri-state inverters is nu ook gemeenschappelijk en zit op pen 11 (R = Registered) CLK OUTPUT ENABLE n naast de CLK en OE zijn er 8 vaste ingangen en 8 vaste uitgangen (er zijn geen bidirectionele pennen aanwezig) n de uitgangen van de D-flipflops worden echter teruggekoppeld naar de AND-matrix n daarom blijft men spreken van een PAL16R8 l er zijn immer 16x2 verticale lijnen in het AND- vlak 16*2 = 32 lijnen

22 Dirk Smets KHLim - dep. IWT Digitale Elektronica Programmeerbare Logica SPLD : Simple Programmable Logic Devices DIA 21 DIA 21 ‘Gemengde’ PAL l Het kan interessant zijn om een PAL te hebben die gedeeltelijk sequentieel en gedeeltelijk combinatorisch is l In de PAL16RP4 is dit gerealiseerd: n er zijn 8 ‘zuivere’ ingangen n er zijn 4 combinatorische uitgangen IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 IN8 IO1 IO2 IO3 IO4 l logische som van zeven mintermen l programmeerbare polariteit (P) l individuele output enable l terugkoppeling naar AND-array l ook bruikbaar als ingang n er zijn 4 sequentiële uitgangen (R) l logische som van acht mintermen l programmeerbare polariteit (P) l gemeenschappelijke output enable via één ingangspen l D-flipflop in uitgangslijn met gemeen- schappelijke klok via één ingangspen l flipflop-uitgang wordt teruggekoppeld naar AND-array Q5 Q6 Q7 Q8 CLK OE CLK OE

23 Dirk Smets KHLim - dep. IWT Digitale Elektronica Programmeerbare Logica SPLD : Simple Programmable Logic Devices DIA 22 DIA 22 Asynchrone PAL l De synchrone PAL biedt geen oplossing voor alle mogelijke problemen l Daarom: PAL16RA8 n R = Registered : 8 flipflops aanwezig n A = Asynchroon : l geen gemeenschappelijke klok l klok van elke flipflop wordt gestuurd door een afzonderlijke minterm n “MACROCELL” = uitgangsblok l wordt behoorlijk complex l bedoeling: grotere flexibiliteit l details: op volgende dia

24 Dirk Smets KHLim - dep. IWT Digitale Elektronica Programmeerbare Logica SPLD : Simple Programmable Logic Devices DIA 23 DIA 23 Macrocell PAL16RA8 l Som wordt gevormd van (slechts) vier producttermen l Resultaat kan al dan niet geïnverteerd worden door de EXOR l Voor een COMBINATORISCHE functie wordt dit resultaat via de multiplexer en tri-state invertor naar de uitgang doorgegeven, waarbij de flipflop onbenut blijft l Voor een SEQUENTIËLE functie wordt het signaal van de EXOR ingeklokt in de D-flipflop en de multiplexer wordt nu zodanig geschakeld dat de Q- uitgang via de tri-state invertor naar de uitgang komt

25 Dirk Smets KHLim - dep. IWT Digitale Elektronica Programmeerbare Logica SPLD : Simple Programmable Logic Devices DIA 24 DIA 24 n Oorsprong l introductie in 1978 door MMI = Monolithic Memories Inc l MMI werd later opgekocht door AMD = Advanced Micro Devices l ® geregistreerd handelsmerk PAL : samenvattend overzicht n Oorsprong : 1978, MMI, later AMD, ® l programmeren gebeurt met programmeertoestel l principe: opblaasbare zekeringen n daarom : bipolaire (TTL) uitvoering n voordeel : hoge snelheid (tot t PD = 5 ns !) n nadelen : hoge vermogendissipatie, slechts éénmalig programmeerbaar n Structuur l programmeerbare AND-array, vaste OR-array n Structuur : vaste OR, programmeerbare AND (zekeringen) n Soorten : l verschillend aantal in- en uitgangen l polariteit van de uitgangen (actief HOOG, actief LAAG, programmeerbaar) l terugkoppelingen van de uitgangen naar de AND-matrix l flipflops l verschillende snelheden : 5 ns … 20 ns … 50 ns n Soorten : (uiteindelijk) honderden verschillende types n Evolutie l we merken duidelijk een evolutie naar steeds complexere schakelingen l er komen steeds meer programmeerbare eigenschappen l dit leidt tot meer universeel bruikbare componenten n Evolutie naar universeel bruikbare component n Hedendaagse varianten : l PALCxx : CMOS-technologie (EPROM of OTP) l PALCExx : E²PROM-technologie


Download ppt "Dirk Smets KHLim - dep. IWT Digitale Elektronica Programmeerbare Logica SPLD : Simple Programmable Logic Devices DIA 1 DIA 1 PROM = niet altijd ideaal."

Verwante presentaties


Ads door Google