Электроника - практический курс - Джонс М.Х.
ISBN 5-901095-01-4
Скачать (прямая ссылка):
уменьшается стоимость как монтажа, так и тестирования. Поэтому выгодно
собрать вместе "ТТЛ-склейки" в специализированной ИС, сократив число
корпусов до 100 раз. Очевидно, что конкретное содержание такой
специализированной ИС зависит от специфики схемы, так что, как правило,
из-за разношерстности невозможно сделать их экономными, как стандартный
компонент. Решение находится в применении полузаказных ИС (матричных
больших интегральных схем - МБИС), которые представляют собой в
значительной степени "наперед заданную" матрицу логических элементов
общего назначения или комбинацию логических элементов (топологических
ячеек - ТЯ). На конечной стадии разработки по требованию пользователя
делается маска, устанавливающая взаимное соединение логических элементов
или ячеек. Таким образом, разработчик схемы может иметь свою собственную
микросхему, сконструированную и изготовленную на основе ло-
Программируемые логические устройства 425
гической матрицы, за меньшую цену и быстрее, чем делать целиком
специализированную интегральную микросхему.
Логические матрицы и матрицы ячеек обычно делаются на основе КМОП-
технологии, а некоторые типы матриц позволяют даже включать элементы
линейных схем. Разные производители выбирают свои собственные названия
для таких микросхем, например, ПЛМ (программируемая логическая матрица)
или НЛМ (нескоммутированная логическая матрица).
Проектирование схем на основе МБИС легко осуществляется с помощью
автоматизированных систем проектирования (Computer Aided Design, CAD),
которые дают возможность нарисовать на экране схему устройства и
проверить правильность ее функционирования до того, как список соединений
логических элементов внутри кристалла передан производителю МБИС. С целью
обеспечить логическую структуру и самосогласованность в проектируемой
логической аппаратуре, все шире используются специальные пакеты
программного обеспечения, такие как VHDL. В отличие от традиционного
конструирования схем с помощью макетирования, системы CAD позволяют
целиком смоделировать систему на компьютере, так что в этом случае сразу
все готово для производства кремниевого кристалла.
13.20 Программируемые логические устройства
Все больше и больше малые МБИС заменяются при применении в небольшом
числе изделий на программируемые пользователем логические матрицы,
известные как программируемые логические устройства или программируемые
пользователем логические матрицы (ППЛМ).
ПЛМ (программируемые логические матрицы), являющиеся одним из вариантов
этих схем, известны также как интегральные логические схемы с плавкими
перемычками. Эти схемы, программируемые пользователем, выпускаются с
готовыми соединениями между логическими элементами, выполненными в виде
плавких перемычек из титановольфрамового сплава. Затем эти перемычки
"пережигаются" по желанию пользователя (подобно программированию ПЗУ
описанному в следующей главе) и, таким образом, остаются только
соединения, необходимые для решения поставленной задачи.
ППЛМ использует изощренную схему, посредством которой каждая плавкая
перемычка связана с инвертором. Инвертор делает логический элемент
реально доступным, когда перемычка разрушается (разрушенную перемычку
называют анти-перемычкой). В настоящее время один кристалл ППЛМ содержит
до 20000 логических элементов и может работать с тактовой частотой,
превышающей 100МГц при применении КМОП-технологии с разрешением 0,5 мкм.
Существуют стираемые программируемые логические схемы, со стиранием
ультрафиолетовым излучением или электрическим током, которые полезны для
небольшого количества макетов, но работают медленнее, чем ППЛМ.
426 Цифровые логические схемы
13.21 Переключение аналоговых сигналов с помощью КМОП-схем
В отличие от цепи между эмиттером и коллектором у биполярного
транзистора, канал МОП-транзистора не содержит р-п переходов. Это
означает, что МОП-транзисторы могут применяться для создания симметричных
переключателей, которые, будучи включены в цепь, смогут пропускать
сигналы в любом направлении. На рис. 13.57 показан такой двунаправленный
переключатель, выполненный на МОП-транзисторах. "Контакты" переключателя
могут быть разомкнуты или замкнуты в зависимости от логического уровня на
входе управления. Микросхема 74НС4016 содержит четыре таких
переключателя.
Вход
- Выход
Рис. 13.57. Двунаправленный переключатель на КМОП-транзисторах. Обратите
внимание на инвертор между затворами.
Для работы с обычными сигналами положительной логики Vss имеет потенциал
общей шины (О В), и в схеме применяется обычный единственный источник
питания VDD+ (от +3 В до +15 В). Переключатель включен (замкнут), когда
напряжение на управляющем входе поддерживается на уровне VDD+, и
выключен, когда управляющий вход заземлен. Во включенном состоянии
типичная величина сопротивления переключателя составляет 20 Ом и
увеличивается до 100 МОм в выключенном состоянии.
Одной из наиболее интересных черт двунаправленного КМОП-переклю-чателя
