可编程ASIC器件分类及特点

目前，可编程ASIC 器件已经是一个非常庞大的家族了，生产厂家众多、产品名称各异、制造工艺和结构也不尽相同。例如，目前生产可编程ASIC 器件的厂家有主要有XILINX、ALTERA、LATTICE、ACTEL、ATMEL、AMD、CYPRESS、INTEL、MOTOROLA、TI（TEXAS INSTRUMENT）等厂家。各厂家又有不同的系列和产品名称，器件结构和分类更是不同。目前，常见的可编程ASIC器件有FPGA，CPLD，GAL，PAL，PLA和PROM等。由于历史的原因，对可编程ASIC器件的命名不很规范，可编程ASIC器件有多种分类方法，没有统一的分类标淮。本节介绍其中几种比较通行的分类方法。
1．编程ASIC器件的集成度分类
集成度是集成电路一项很重要的指标，如果从集成密度上分类，可分为低密度可编程ASIC器件和高密度可编程ASIC逻辑器件。通常，当PLD中的等效门数超过500门，则认为它是高密度PLD。如果按照这个标准，PROM、PLA、PAL和GAL器件属于低密度可编程ASIC器件，而CPLD和FPGA属于高密度可编程ASIC器件。
２．从互连结构上分类
从互连结构上可将PLD分为确定型和统计型两类。
确定型PLD是指互连结构每次用相同的互连线实现布线，所以线路的时延是可以预测的，这类PLD的定时特性常常可以从数据手册上查阅而事先确定。这种基本结构大多为与或阵列的器件，它能有效地实现“积之和”形式的布尔逻辑函数。包括简单PLD器件(PROM，PLA，PAL和GAL)和CPLD。目前除了FPGA器件外，基本上都属于这一类结构。确定型PLD是通过修改与有固连内部电路的逻辑功能来编程.
统计型结构的典型代表是FPGA。它是指设计系统每次执行相同功能，都能给出不同的布线模式，一般无法确切地预知线路的时延。所以，设计系统必须允许设计者提出约束条件，如关键路径的时延。统计型结构的可编程ASIC器件主要通过改变内部连线的布线来编程。
３．编程元件上分类
（１）熔丝(Fuse)或反熔丝开关。
熔丝开关是最早的可编程元件，由熔断丝组成。在需要编程的互连节点上设置相应的熔丝开关。在编程时，需要保持连接的节点保留熔丝，需要去除连接的节点熔丝用电流熔断，最后留在器件内的熔丝模式决定相应的器件逻辑功能。它是一次可编程器件，缺点是占用面积大、要求大电流、难于测试。使用熔丝开关技术的可编程ASIC器件如PROM，PAL和xilinx的XC5000系列器件等。
反熔丝元件克服了熔丝元件的缺点，在编程元件的尺寸和性能比熔丝开关有显著的改善。反熔丝开关通过击穿介质达到连通线路的目的。反熔丝在硅片上只占一个通孔的面积，因此反熔丝占用硅片面积小，对提高芯片的集成密度很有利。
（２）浮栅编程技术 浮栅编程技术包括紫外线擦除、电编程的UVEPROM，以及电编程的EEPROM和闪速存储器（Flash Memory）。它们都用悬浮栅存储电荷的方法来保存编程数据。所以在断电时，存储数据不会丢失。GAL和大多数CPLD都用这种方式编程。
（３）SRAM配置存储器 使用静态存储器SRAM存储配置数据，称配置存储器。目前Xilinx公司生产的FPGA主要采用了这种编程结构。这种SRAM配置存储器具有很强的抗干扰性。与其它编程元件相比，具有高密度和高可靠性的特点。
第1类、第2类和第3类器件称为非易失性器件，它们在编程后，即使掉电配置数据仍保持在器件上；第4类器件即SRAM器件称为易失性器件，每次掉电后配置数据会丢失，在每次上电时需要进行重新配置。
４．从可编程特性上
从可编程特性上可分为一次可编程和重复可编程两类。由于熔丝或反熔丝器件只能写一次，所以称一次性编程器件器件，其它方式编程的器件均可以多次编程。一次可编程的典型产品是PROM、PAL和熔丝型FPGA。在重复可编程的器件中，用紫外线擦除的产品的编程次数一般在几十次的量级，采用电擦除方式的次数稍多些，采用 E2CMOS艺的产品，擦写次数可达上千次，而采用 SRAM（静态随机存取存储器）结构，则被认为可实现无限次的编程。