Микропроцессорные системы - Александров Е.К.
ISBN 5-7325-0516-4
Скачать (прямая ссылка):
Они характерны для ряда типовых узлов цифровой техники, например,
счетчиков.
Схемотехническая реализация программируемых соединений первого поколения
осуществлялась с помощью плавких перемычек (типа fuse) или цепочек из
двух встречно включенных диодов. У таких цепочек начальная проводимость
близка к нулю, а при пробое одного из диодов со сплавлением его
электродов цепочка приобретает одностороннюю проводимость. Позднее
появились более совершенные программируемые соединения.
Рис. 7.8. Схема реализации на ПМЛ факторизованных функций с помощью
обратных связей
777
ПРОГРАММИРУЕМАЯ ЛОГИКА И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ В МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМАХ
В схемотехнике, использующей МОП-транзисторы, базовыми элементами служат,
как правило, элементы ИЛИ-HE, на которых строятся как программируемая
матрица, так и элементы, формирующие выходные функции из сигналов,
получаемых от программируемой матрицы.
Функциональные возможности биполярных и МОП-структурных ПМЛ принципиально
сходны. Это можно показать с помощью правил де Моргана. Действительно,
терм в МОП-структурной ПМЛ вида avbvr равноценен терму abc , т. е.
относительно инвертирован-ных переменных этим термом воспроизводится
конъюнкция. Функция a v ь v г отличается от функции ИЛИ только инверсией.
Следовательно, на основе элементов ИЛИ-HE реализуются ПМЛ с
функциональными характеристиками, совпадающими с функциональными
характеристиками биполярных ПМЛ на элементах И, ИЛИ, если иметь в виду
инвертированные входные и выходные величины.
С течением времени функциональные возможности ПМЛ обогащались. Тракты
обработки выходных сигналов матрицы элементов И усложнились и место
простых дизъюнкто-ров заняли так называемые макроэлементы (макроячейки),
в которых появились не только дополнительные логические элементы, но и
триггеры с разнообразными вариантами функционирования.
7.2.2. БАЗОВЫЕ МАТРИЧНЫЕ КРИСТАЛЛЫ
Представителями БИС/СБИС первого поколения для микросхем с
программируемыми структурами были и базовые матричные кристаллы (БМК),
называемые также вентильными матрицами (ВМ). Второй из этих терминов
менее распространен, хотя и удобен тем, что совпадает с английским
обозначением таких БИС/СБИС - Gate Array (GA).
Основой БМК является его внутренняя область, в которой регулярно (по
строкам и столбцам) расположены базовые ячейки или их компактные группы,
между которыми оставлены горизонтальные и вертикальные зоны (каналы) для
реализации межсоединений. Базовые ячейки - совокупности
нескоммутированных схемных элементов, на основе которых при том или ином
варианте схемных межсоединений реализуются определенные схемы
(функциональные ячейки). В периферийных областях БМК размещены
периферийные ячейки, выполняющие операции ввода/вывода сигналов.
БМК получили название полузаказных БИС/СБИС, хорошо отражающее их главную
особенность. В отличие от полностью заказных БИС/СБИС, которые
проектируются по индивидуальному заказу, БМК примерно на 3/4 стандартны.
Независимо от конкретного потребителя делается матрица базовых ячеек и
периферийные ячейки. Специализация кристалла, т. е. получение на его
основе требуемой схемы (такие схемы называют МАБИС или БИСМ),
производится с помощью заключительных операций создания металлизированных
межсоединений. Таким образом, для превращения полуфабриката БМК в МАБИС
требуется разработка лишь малого числа дорогостоящих фотошаблонов. Сам же
БМК сравнительно недорог, так как выпускается как массовая продукция
широкого потребления. Сроки и стоимость проектирования МАБИС в 3-4 раза
меньше, чем аналогичные показатели для полностью заказных БИС/СБИС.
Понятно также, что сокращение в 3-4 раза очень больших сумм все же
оставляет стоимость проектирования МАБИС довольно высокой, так что их
использование экономически целесообразно при достаточно большой
тиражности производства. Область целесообразного применения МАБИС зависит
от конкретных условий, нередко она начинается с объемов выпуска в 5-10
тыс. экземпляров.
Проектирование МАБИС облегчается тем, что разработчики БМК предоставляют
проектировщику обширную библиотеку функциональных ячеек, т. е. вариантов
готовых решений, соответствующих той или иной схеме (логическим
элементам, триггерам, более сложным узлам).
778
ТИПИЧНЫЕ ФРАГМЕНТЫ СХЕМОТЕХНИКИ ИС ПЛ. ОБЩИЕ СВОЙСТВА ИС ПЛ
Платой за сокращение сроков и стоимости проектирования является
неоптималь-ность МАБИС, быстродействие и компактность которой уступают
тем, которые можно было бы получить при полностью заказном проектировании
реализуемой схемы. Это вполне объяснимо, так как отсутствие ориентации
БМК на конкретный проект означает неполное использование его элементов в
составе данной МАБИС, неминимальность длин связей между схемными
элементами и т. д.
7.3. ТИПИЧНЫЕ ФРАГМЕНТЫ СХЕМОТЕХНИКИ ИС ПЛ.
ОБЩИЕ СВОЙСТВА ИС ПЛ
7.3.1. ТИПИЧНЫЕ СХЕМОТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ
Разработкой и производством микросхем программируемой логики занимаются
десятки фирм, каждая из которых выпускает обычно одновременно несколько
