复杂可编程逻辑器件CPLD
时间：2023-03-13作者：佚名
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1、复杂可编程逻辑器件CPLD的结构
CPLD将简单PLD(PAL,GAL等）的概念做了进一步的扩展，并提高了器件的集成度。和简单的PLD相比，CPLD允许有更多的输入信号、更多的乘积项和更多的宏单元，CPLD器件内部含有多个逻辑单元块，每个逻辑块就相当于一个GAL器件，这些逻辑块之间可以使用可编程内部连线实现相互连接。目前，生产CPLD器件的著名公司有多家，尽管各个公司的器件结构千差万别，但它们仍有相同之处，图1给出了通用的CPLD器件的结构框图。  图1 通用的CPLD器件的结构框图 2、集总布线区GRP ( Global Roating Pool) 下面以LATTICE公司生产的在系统可编程大规模集成逻辑器件ispLSI1016为例，介绍CPLD的电路结构及其工作原理。这种器件的最大特点是“在系统可编程”特性。所谓在系统可编程是指未编程的ISP器件可以直接焊接在印刷电路板上，然后通过计算机的并行口和专用的编程电缆对焊接在电路板上的ISP器件直接多次编程，从而使器件具有所需要的逻辑功能。这种编程不需要使用专用的编程器，原来属于编程器的编程电路及升压电路已被集成在ISP器件内部了。ISP技术使得调试过程不需要反复拔插芯片，从而不会产生引脚弯曲变形现象，提高了可靠性，而且可以随时对焊接在电路板上的ISP器件的逻辑功能进行修改，因而加快了数字系统的调试过程。
图2 ispLSI 1016的结构框图 集总布线区GRP位于两个宏模块的中央，它由众多的可编程E2CMOS构成，内部逻辑的连接都是通过这一区域完成的。它接受输入总线送来的输入信号和各GLB的输出信号，并向每个宏模块输出信号。因此，任何一个GLB的输出信号和任何一个通过I/O单元的输入信号都能送到任何一个GLB的输入端。这种结构使得信号的传输延迟时间是可预知的，有利于获得高性能的数字系统。
3、通用逻辑块GLB（Generic Logic Block)的结构 GLB是由与阵列、乘积项共享阵列、输出逻辑宏单元OLMC和功能控制4部分组成。它可实现类似GAL的功能。简化的GLB逻辑图如图3所示。
 图3 ispLSI 1016器件通用逻辑块（GLB）的结构 4部分具体功能如下：
1.与阵列 与阵列有18个输入，其中有16个来自集总布线区GRP（它们可以是来自I/O引脚的信号、也可以是GLB的反馈信号），另外两个来自专用输入引脚，它们经过输入缓冲器后，都产生互补信号。通过对与阵列编程，可以产生20个乘积项（0～19）。 2.乘积项共享阵列 这一阵列可以把20个乘积项分组送到4个或门，其输出经过乘积项共享阵列的编程，可以按需要连至GLB的任何一个输出。乘积项共享阵列具有“线或”功能，如果输出函数需要的乘积项多于7个，可将两个或两个以上的或门输出的乘积项再次相或，最多可以实现20个乘积项的输出。这种同一个的乘积项可以被多个输出宏单元使用的情况，称为乘积项共享。 乘积项共享阵列可以灵活地配置以满足用户不同的需要，同一个GLB中的4个输出可以采用相同的配置形式，也可以采用不同的配置形式（混合配置），图4采用的是混合配置。图中，O3配置为异或模式，第一个或门输出的3个乘积项与第三个或门输出的4个乘积项进行“线或”组成7个乘积项，然后再与第0个乘积项“异或”，“异或”的结果送到属于O3的D触发器输入端。O2配置为高速旁路模式，第二个或门的输出直接送到OLMC。O1配置为单乘积项旁路模式，可以获得最快的信号传输速度。00的配置为共享下面两个或门的11个乘积项，实现11个乘积项相或的运算。  图4 ispLSI 1016器件通用逻辑模块（GLB）的配置 3.输出逻辑宏单元OLMC 与GAL中的OLMC类似，它由4个D触发器构成，其输入端接异或门（图3中未画出）。异或门可以作为逻辑单元来使用，也可以把它与D触发器结合构成JK触发器或T触发器。如果需要组合逻辑输出，可以通过数据选择器把触发器旁路掉。 4.功能控制 寄存器的时钟信号分为同步时钟和异步时钟信号两种。同步时钟信号由时钟分配网络供给，它可以在CLK0、CLD1及CLK2中选择一个；异步时钟信号由GLB中的第12乘积项提供。寄存器的复位信号由全局复位引脚或GLB中的第12或19乘积项提供。另外，第19乘积项还可以作为输出三态门的输出使能控制信号。因此，若在设计中使用第12或第19乘积项作为控制信号，那么这一乘积项就不能用于实现其他逻辑功能。乘积项时钟是通过输入项相“与”产生的时钟，也是ispLSI器件最有特色的性质之一。 |
