2.1 PLD的分类 2.2 PLD的基本结构 2.3 CPLD的结构与特点 2.4 FPGA的结构与特点 2.5 主要的PLD厂商 2.6 Altera公司的系列产品 2.7 Xilinx公司的系列产品第2章 PLD器件结构12.1 PLD的分类一、按集成度分类二、按结构特点分类三、按编程特点分类内容概要内容概要22.1 PLD的分类一、按集成度分类§集成度是PLD的一项重要指标图2-1 PLD按集成度分类PLDLDPLD( SPLD)FPGAPROMFPLA CPLDPAL GAL HDPLDGAL22V10 是低密度 PLD和高密 度PLD的分 水岭！32.1 PLD的分类1.低密度可编程逻辑器件（LDPLD） （1） PROM（Programmable Read-Only Memory，可编程只读存储器）Ø采用熔丝工艺编程， 由固定的与阵列和可编程的或阵列组成；Ø早期PROM只能写一次，不可擦除或重写；Ø后来又出现可多次擦写PROM：EPROM（紫外线擦除可编程只读 存储器）和E2PROM（电擦写可编程只读存储器）；Ø特点：成本低，编程容易，适合于存储函数、数据和表格（2） FPLA（Field Programmable Logic Array，现场可编程逻辑阵列）Ø在PROM基础上发展的一种PLDvFPLA器件的特点： •由可编程的与阵列和可编程的或阵列组成； •编程工艺采用熔丝开关，为一次性编程器件； •占用较大硅片面积； •逻辑函数输出以与-或表达式形式出现。
注：FPLA现已不常生产和使用！4图2-2 标准门电路构成的组合逻辑电路与阵列 、或阵 列均固 定！2.1 PLD的分类52.1 PLD的分类图2-3 FPLA的基本熔丝结构行线（输入变量）列线（乘积项 ）行线（输出函数）62.1 PLD的分类与阵列 、或阵 列均可 编程注：使用PLD编程器在现场可对与-或两级阵列 各交叉点编程，就能得到不同的逻辑函数— —这就是现场可编程逻辑阵列的含义 图2-4 FPLA的映像逻辑图72.1 PLD的分类（3） PAL（Programmable Array Logic ，可编程阵列逻辑）Ø继FPLA之后，第一个具有典型实用意义的PLDØ分类：根据生产工艺的不同，分为TTL型、CMOS型 及ECL型PALØPAL器件的特点•由可编程的与阵列和固定的或阵列组成； •速度快、功耗低； •除CMOS型PAL外，其他PAL器件均为一次性编程器 件； •输出及反馈电路有多种结构类型82.1 PLD的分类行线 （输入 变量）列线（乘积项 ）与阵列可 编程，或 阵列固定图2-5 PAL器件的基本结构92.1 PLD的分类（4） GAL （Generic Array Logic，通用逻辑阵列）Ø工艺艺上采用EEPROM的浮栅栅技术术，具有可擦除、可重新编编程 、数据可长长期保存和可重新组组合结结构的特点。
Ø比PAL器件功能更强，结构更灵活，可取代同型号的 PAL器件Ø应应用于低成本、不要求保密、电电路简单简单 的场场合v GAL区别于PAL和其他SPLD的最主要一点是其输出结构 采用灵活的、可编程的输出逻辑宏单元（OLMC， Output Logic Macro Cell）的形式102.1 PLD的分类(1)或门(2)D触 发器(3)可编 程多路 开关图2-6 GAL器件输出逻辑宏单元OLMC(4)输出 缓冲器返回 112.1 PLD的分类类 型 出现时 期逻辑结 构编程工 艺编程 次数输出 电路 PRO M20世纪 70年代 初期与阵列固定 、或阵列可 编程熔丝开 关一次性固定FPLA 20世纪 70年代 中期与阵列、或 阵列均可 编程熔丝开 关一次性固定PAL20世纪 70年代 末期与阵列可 编程、或 阵列固定， 有输出反 馈单元TTL型 CMOS 型 ECL型一次性 多次 一次性固定GAL20世纪 80年代 初期PAL型 在系统编 程型 FPLA型EEPRO M100次 以上可编 程表2-1 SPLD器件的性能特点比较122.1 PLD的分类v PAL和GAL器件的缺点：Ø低密度，逻辑阵列规模小，每个器件仅相当于几十 个等效门；Ø结构简单，只能实现规模较小的电路，不适于较复 杂逻辑电路的设计；Ø不能完全杜绝编程数据的非法抄袭。
vSPLD器件的基本结构：与或阵列 v通过编程改变与阵列、或阵列的内 部连接，实现不同的逻辑功能132.1 PLD的分类2.高密度可编程逻辑器件（HDPLD） （1） CPLD（Complex Programmable Logic Device ，复杂可编程逻辑器件 ）Ø采用CMOS EPROM、EEPROM、Flash Memory和SRAM等编程 技术，构成了高密度、高速度和低功耗的PLDØ大多由宏单元、可编程I/O单元和可编程内部连线组成ü其集成度远远高于PAL和GAL，用来设计数字系统，体积小、功耗 低、可靠性高2） FPGA（Field Programmable Gates Array ，现场可编程门阵列器件）Ø基本结构一般由3个可编程逻辑模块阵列组成： •可配置逻辑模块（CLB，Configurable Logic Blocks） •输入/输出模块（IOB，Input/Output Blocks） •互连资源（ICR，Interconnect Capital Resource）或叫可编程互连线PI（Programmable Interconnect）ØFPGA器件内还有一可配置的SRAM，加电后存储配置数据，该数 据决定了器件的具体逻辑功能。
142.1 PLD的分类二、按结构特点分类§目前常用的PLD都是从与或阵列和门阵列两类基本 结构发展而来 §因此按结构特点PLD分为两大类：（1）阵列型的PLD器件：基本结构为与或阵列；（2）单元型的PLD器件：基本结构为逻辑单元 §SPLD（包括PROM、PLA、PAL、GAL）和绝大 多数CPLD都属于阵列型的PLD器件 §FPGA则属于单元型的PLD器件：其基本结构为可 编程的逻辑块152.1 PLD的分类三、按编程特点分类 1. 按编程次数分类 （1） 一次性编程（OTP， One Time Programmable ）PLDØ采用熔丝工艺制造，熔丝断后不能再接上；反熔丝短路后也不能 再断开，因此仅能一次性编程，不能重复编程和修改Ø不适用于数字系统的研制、开发和实验阶段使用，而适用于产品 定型后的批量生产 （2）可多次编程PLDØ大多采用场效应管作编程元件，控制存储器存储编程信息通常 采用EPROM、EEPROM、FLASH或SRAM工艺制造Ø可重复编程和修改，适用于数字系统的研制、开发和实验阶段使 用 162.1 PLD的分类类 型一次性编程 PLD可多次编程PLD编程元件熔丝型开关 反熔丝型开关EPROM、EEPROM、 Flash Memory或SRAM 特 点只允许对器件编程 一次，不能修改可重复编程多次，可反复修改举 例PROMEPROM、E2PROM、PAL、GAL 、CPLD、FPGA 适应范围产品定型后的 批量生产数字系统的研发、 实验阶 段表2-2 一次性编程器件与可多次编程器件的比较17§基本可编程元件：Ø熔丝型开关Ø反熔丝型开关Ø基于浮栅编程技术的可编程元件Ø基于SRAM的可编程元件 2.1 PLD的分类2. 按照不同的编程元件和编程工艺分类§PLD是一种数字集成电路的半成品，在它的芯片上按照一定的排列 方式集成了大量的门和触发器等基本逻辑元件，使用者可以利用某 种开发工具对它进行加工，把片内的元件连接起来，使它完成某个 逻辑电路或系统功能，成为一个可以在实际电子系统中使用的专用 集成电路。
§PLD实际上是通过对器件内部的基本可编程元件进行编程来实现用 户所需的逻辑功能的PLICE反熔丝ViaLink元件 紫外光擦除EPROM 电擦除EPROM 闪速存储器Flash Memory182.1 PLD的分类§ 按照不同的编程元件和编程工艺划分，PLD器件可分为4类：（1）采用熔丝型开关或反熔丝型开关的PLD（2）采用紫外光擦除EPROM的PLD（3）采用电擦除EPROM的PLD（4）采用SRAM结构的PLD§非易失性器件和易失性器件Ø一般将采用前3类编程工艺的器件称为非易失性器件，这 类器件在编程后，配置数据将一直保持在器件内，掉电 后数据也不会丢失，直至将它擦除或重写Ø采用第4类编程工艺的器件称为易失性器件，这类器件在 编程后，每次掉电后数据会丢失，在每次上电时需要重 新配置数据192.1 PLD的分类PLICE反熔丝ViaLink元件紫外光擦除EPROM 电擦除EPROM 闪速存储器Flash Memory类 型存储编程 信息的元 件擦除 方式掉电 易失 性编程次 数采用熔丝型 或反熔丝型 开关的器件PROM不可擦 除非易 失性一次采用紫外光 擦除EPROM 的器件EEPROM紫外光 擦除非易 失性多次采用电擦除 EPROM的器 件EEPROM 或Flash Memory电擦除非易 失性多次采用SRAM 结构的器件SRAM电擦除易失 性多次表2-3 按照不同的编程元件和编程工艺划分v大部分CPLD采用电擦除EPROM的编程 元件，大部分FPGA采用SRAM结构202.2 PLD的基本结构一、PLD结构原理二、PLD电路的表示方法三、SPLD的结构内容概要内容概要212.2 PLD的基本结构一、PLD结构原理§ 任何组合逻辑函数均可化为“与或”表达式，用“与门-或 门”二级电路实现，任何时序电路都是由组合电路加上 存储元件（触发器）构成的 。
§ 从原理上说，与或阵列加上寄存器的结构就可以实现 任何数字逻辑电路 § PLD采用与或阵列加上寄存器、加上可灵活配置的互 连线的结构，即可实现任意的逻辑功能222.2 PLD的基本结构§与或阵列：PLD结构的主体，用来实现各种逻辑函数和逻辑功能 §输入缓冲电路：增强输入信号的驱动能力，产生输入信号的原变 量和反变量；一般具有锁存器、甚至是可组态的宏单元 §输出缓冲电路：对将要输出的信号进行处理，既能输出纯组合逻 辑信号，也能输出时序逻辑信号一般有三态门、寄存器等单元， 甚至是宏单元输入 缓冲 电路输出输入与 阵 列或 阵 列输出 缓冲 电路→ →...→ → →...→ 图2-7 PLD的基本结构框图232.2 PLD的基本结构二、PLD电路的表示方法1. PLD缓冲电路的表示§ PLD的输入缓冲器和输出缓冲器都采用互补的结构2. PLD与门表示法图中乘积项P=A B C242.2 PLD的基本结构3. PLD或门表示法§ 图中F = P1+P2+P34. PLD连接的表示法§ 下图为PLD中阵列交叉点3种连接方式的表示法Ø图（a）为厂家生产芯片时即已连接好，不可改变；Ø图（b）和（c）靠编程实现。
a）固定连接 （b）可编程连接 （c）断开252.2 PLD的基本结构5. 简单阵列的表示§ 图中输出O1 = P1+P2 = /I1 /I2 I3 + I1 I2 /I3 乘积项P1乘积项P2262.2 PLD的基本结构三、SPLD的结构1. PROM阵列结构§与阵列固定（包含输入信 号所有可能的组合），或 阵列可编程§采用的是熔丝开关，为一 次性编程PLD固定的与阵列可编程的或阵列272.2 PLD的基本结构2. PAL与GAL阵列结构§PAL与GAL门阵列结构相 同：与阵列可编程，或阵 列固定 §GAL区别于PAL和其他 SPLD的最主要一点是其 输出结构采用灵活的、可 编程的输出逻辑宏单元（ OLMC，Output Logic Macro Cell）的形式可编程的与阵列固定的或阵列282.3 CPLD的结构与特点一、宏单元二、可编程I/O单元三、可编程连线阵列四、CPLD的性能。