CPLD详解：结构、内部连线与E2CMOS管编程

"本文主要介绍了复杂可编程逻辑器件（CPLD）的原理及测试，包括CPLD的结构、编程方法以及可编程内部连线的工作机制。CPLD相较于PAL和GAL器件具有更高的集成度，更多的输入端、乘积项和宏单元，通过可编程内部连线实现各部分之间的灵活连接。" 在电子设计自动化领域，复杂可编程逻辑器件（CPLD）是一种广泛应用的集成电路，用于实现复杂的数字逻辑功能。CPLD的结构通常由多个逻辑块组成，每个逻辑块类似一个GAL器件，具备独立的逻辑功能，并可通过可编程内部连线进行互联。这些逻辑块和I/O块之间的连接是通过E2CMOS管实现的可编程连接。 1. CPLD的结构： - 逻辑块：CPLD的核心组成部分，每个逻辑块包含多个可编程乘积项，用于实现基本的逻辑运算。乘积项分配电路允许对这些乘积项进行配置，以满足特定的逻辑需求。 - 可编程内部连线矩阵：这个矩阵允许逻辑块和I/O块之间的灵活连接。E2CMOS管作为开关元件，当编程为导通状态时，线路连通；反之，则保持断开，实现不同的逻辑路径。 - I/O块：I/O单元是CPLD与外部电路交互的接口，可以通过编程设定为输入、输出或双向模式。它们还包含了输入缓冲和输出驱动，确保信号质量并适应不同的电压等级。 2. CPLD编程简介： - CPLD的编程主要是设置E2CMOS管的状态，从而定义内部连线的通断。这通常通过专用的编程设备或软件工具完成，如JTAG接口。编程数据存储在非易失性内存中，即使电源断开，设定的逻辑配置也能保持。 - 举例来说，Xilinx的XG500系列和Altera的MAX7000系列CPLD提供了不同数量的乘积项和宏单元，以满足不同复杂度的设计需求。 3. 可编程内部连线的作用： - 连线区的可编程连接不仅实现了逻辑块之间的内部连接，也使得全局信号（如时钟、复位等）能够方便地送达各个部分。这种灵活性使得CPLD适合于各种复杂逻辑电路的设计，减少了硬件布线的复杂度。 4. 测试与应用： - 在设计完成后，CPLD需要经过仿真和硬件测试以验证其功能正确性。这通常涉及到逻辑分析仪、示波器等测试设备，以确保所有逻辑路径按照预期工作。 - CPLD广泛应用于各种嵌入式系统、数字信号处理、接口控制和系统级设计中，由于其可编程性和高集成度，可以快速实现原型验证和定制化设计。 CPLD作为一种重要的数字逻辑器件，其核心在于可编程内部连线的灵活性，它使得设计师能够根据需要构建和调整电路结构，大大简化了复杂逻辑设计的实现过程。