PLD/FPGA结构与原理初步解析

"这份文档详细介绍了PLD/FPGA结构与原理，特别是基于乘积项的PLD设计。文档涵盖了Altera的MAX7000、MAX3000系列，Xilinx的XC9500系列，以及Lattice和Cypress的部分产品，并通过实例展示了如何利用这些结构实现逻辑功能。" PLD（Programmable Logic Device）和FPGA（Field-Programmable Gate Array）是可编程逻辑器件，它们允许用户根据需求定制逻辑电路。本文档主要关注基于乘积项的PLD结构，这是一种常见的实现逻辑功能的方式。 1. 基于乘积项的PLD结构 PLD通常由宏单元（Macrocell）、可编程连线（PIA）和I/O控制块组成。宏单元是基本的逻辑构建块，包含一个与或阵列（用于实现逻辑“与”和“或”操作）和一个可编程D触发器。可编程连线阵列负责信号传递，而I/O控制块则允许对输入/输出特性进行配置，如集电极开路输出、摆率控制和三态输出。 2. 宏单元结构 宏单元的核心是乘积项阵列和乘积项选择矩阵，前者是“与”逻辑，后者是“或”逻辑。通过编程熔丝，用户可以定义阵列中的交叉点是否导通，实现所需的逻辑关系。宏单元还包括一个可编程D触发器，其时钟、清零输入都可编程，并可以选择全局或局部信号源。 3. 逻辑实现原理 通过一个简单的逻辑电路示例，文档解释了如何使用PLD实现逻辑功能。例如，给定逻辑表达式f=(A+B)*C*(!D)，PLD会通过内部的可编程连线阵列产生A、B、C、D及其反变量，然后利用与或阵列组合这些变量，最终形成所需的逻辑输出。 4. FPGA与PLD的区别 虽然FPGA也具有可编程性，但其结构更复杂，通常包含CLBs（Configurable Logic Blocks）和路由资源，可以实现更复杂的逻辑和时序优化。FPGA更适合大规模并行处理和高性能应用，而PLD更适合小型、固定功能的设计。 5. 应用场景 基于乘积项的PLD常用于简单的逻辑控制、接口逻辑、协议转换和小规模数字系统设计。它们通常比ASIC（Application-Specific Integrated Circuit）更灵活，但性能较低，且功耗相对较高。 6. 设计与选择 在选择PLD/FPGA时，需要考虑设计的复杂度、速度要求、功耗限制、成本因素以及可用的开发工具和支持。不同厂商的产品在工艺、功耗、速度和集成度上有所差异，需要根据项目需求进行权衡。 通过深入理解PLD/FPGA的结构和工作原理，设计师能够更好地利用这些器件实现定制化逻辑解决方案，满足各种电子产品的特定需求。