1.3.3 Programmerbare logiske kretser (PLD)

PLD er en forkortelse for Programable Logic Device og er en samlebetegnelse for forskjellige typer integrerte programmerbare logiske kretser for konstruksjon av logiske og sekvensielle nettverk. Programmering av PLD-kretser foregår etter samme prinsipper som programmering av PROM minnebrikker. Kretsene er rimelige i innkjøp sammenlignet med tilsvarende antall porter med konvensjonelle portkretser, men krever til gjengjeld spesielt utstyr for selve programmeringen. Med PLD oppnår vi høy pakketetthet, som igjen resulterer i et langt lavere effektforbruk enn tilsvarende kretsløsninger med bruk av konvensjonelle TTL- eller CMOS-kretser. Flere logiske nett kan også samles på samme brikke. Noen typer PLD er slettbare og lar seg reprogrammere.

Programmeringen foregår med en egen programmeringsenhet som tilkobles PC. Ut fra et logisk uttrykk kan PLD-kretsen programmeres, så hvis dette uttrykket er kjent, blir programmeringen relativt enkel. At PLD-kretsene er programmerbare, er selvsagt viktig å være klar over under eksempelvis feilsøking og reparasjon. Har vi mistanke til at feilen ligger i PLD-en, er det ikke bare å skifte komponenten med en av samme betegnelse. Vi må i tillegg ha adgang til komponentens programmerte innhold og det programmeringsverktøy som trengs.

ASIC-kretser (Application Spesific IC) er en form for programmerbare kretser, der innholdet er spesifisert av en bruker, og kretsen blir spesialkonstruert på bestilling hos en produsent som eksempelvis Motorola, Texas Instruments eller Philips. ASIC er aktuelt når det er snakk om store kvanta av én og samme krets. Sett fra brukerens side kan en PLD være mer anvendelig siden de kan programmeres på stedet dersom man har utstyr for det.

Programmerbare logiske kretser – innledning

PLD-kretser er programmerbare IC-er og kan erstatte logiske porter.

Ved hjelp av PLD-kretser kan vi konstruere større logiske nettverk i én og samme IC. Noen typer PLD-kretser inneholder også vipper.

PLD-kretser kan deles inn i følgende kategorier:

  • PAL (Programmable Array Logic)

  • GAL (Generic Array Logic)

  • PLA (Programmable Logic Array)

  • EPLD (Erasable Logic Device)

  • CPLD (Complex Programmable Logic Device)

PAL og PLA

Prinsipiell forskjell på PAL og PLA (se over)

Pla-krets

PLA med 16 innganger og 4 registerutganger. De fire datavippene utgjør et 4 bits register.

Pla-krets, prinsipiell oppbygning og programmering

Programmering skjer ved at sikringstrådene (fusible links) brennes av.

NB! Når en sikringstråd på en XELLER port brytes, vil inngangen gå høy. Da vil denne porten virke som en inverter.

PLA, programmering

De røde markeringene er avbrente sikringstråder (over)

Hvis vi går ut fra at de røde markeringene utgjør brudd, vil vi for utgangene V, X og Y få følgende logiske uttrykk.

Hva blir det logiske uttrykket for Z?

Undersøk også om de logiske uttrykkene lar seg forenkle for de fire utgangene.

ASIC-kretser (Application-Specific IC)

En form for programmerbare kretser, men der innholdet er spesifisert av en bruker (kunde).

Kretsene spesialkonstrueres på bestilling hos en produsent som eksempelvis Motorola, Texas Instruments eller Philips.

ASIC er aktuelt når det er snakk om store kvanta av én og samme krets.

PLD-programmering

Utstyr for programmering av PLD-er for tilkopling til PC. (over)

Fordeler og videre utvikling

En av de store fordelene med PLD-kretser er at det er forholdsvis enkelt å bygge opp store integrerte logiske nettverk ved hjelp av programmering med egne programmeringsmoduler og programmeringsspråk. Utviklingen fra de første PLD-kretsene, som kom på markedet på 1970-tallet, har gått videre til nye og mer komplekse kretser. Dette har resultert i kretser med enda større fleksible integrerte nettverk i én og samme IC. En følge av dette er fordelen med færre komponenter og redusert effektforbruk.

De nyeste programmerbare kretsene har betegnelsen FPGA (Field-Programmable Gate Array). Kretsene integreres gjerne sammen med mikroprosessorer eller mikrokontrollere i samme IC eller produseres separat for direkte tilkobling til tilsvarende CPU-kretser.

For noen varianter av PLD-kretser kan innholdet slettes og komponentene reprogrammeres. Disse benevnes EPLD (Erasable PLD).

Datablad PLD-krets

Databladet gir alle nødvendige fysiske og elektroniske data for en moderne reprogrammerbar PLD-krets. Det viser også blokkskjematisk oppbygning og virkemåte for kretsen.

Klikk på linken: http://www.atmel.com/images/atmel-0425-pld-atf16v8c-datasheet.pdf

Oppgaver til leksjon 1.3.3

 

  1. Hva er den generelle forskjellen i oppbygning på en PLA og en PAL?

  2. Hva er spesielt med kretser av type ASIC?