книги / Микроэлектроника. Базовые матричные кристаллы и программируемые логические матрицы

б)

Рис. 3.1. Структурные схемы ПЗУ (а| и ПЛМ (б)

Рис. 3J. Дешифраторы на основе логических элементов с разветв­ лением на входе |а) и выходе |б )

в!

входных (и инверсных) сигналов, однако произведения мо­ гут не являться минтермами.

На рис. 3.4 показана ПЛМ, реализующая функцию (3.2) и построенная на тех же элементах, что и ПЗУ (см. рис. 3.3). Из анализа набора (3.1) видно, что требуемые произведения содержатся в минтермах М0, Мъ МА. Для исключения из конъюнкций некоторых сомножителей устраняются соответ­ ствующие соединения в дешифраторе (ср. рис. 3.2, б и 3.4).

Из сравнения двух способов реализации функций ръ р2 видно (см. рис. 3.3, 3.4), что при использовании ПЛМ умень­ шается число логических элементов и связей, а также упро­ щается программирование.

В рассмотренных примерах число логических элементов для ПЛМ уменьшено по сравнению с ПЗУ с 11 до 10, а чис­ ло связей уменьшено с 48 до 24. Выигрыш становится еще значительнее при большом числе входных переменных и малом числе используемых конъюнкций. Это особенно важ­ но для регулярных структур, реализуемых на кристаллах БИС. В свою очередь, для ПЗУ характерна большая уни­ версальность по функциональным возможностям.

Для программирования ПЗУ и ПЛМ применяются авто­ матизированные системы кодирования, реализованные на универсальных или специализированных ЭВМ.

Разработаны и применяются однократно программируе­ мые ПЛМ и многократно программируемые — репрограммируемые ПЛМ (РПЛМ). Развиваются методы проектирова­ ния и производства матричных БИС с реконструируемыми соединениями (МаБИСРС) и с программируемой архитекту­ рой (МаБИСПА) — субсистемы на пластинах. Классифика­ ция ПЛМ приведена в табл. 3.1.

§3.2. Программируемые логические матрицы

с масочным программированием

Программирование с использованием масок (фотошабло­ нов) металлизации или контактных окон в оксиде широко применяется в ПЛМ на основе биполярных транзисторов и диодов. На рис. 3.5 показаны фрагменты топологии и структуры матриц на основе биполярных я-р-п-транзисто- ров и диодов, программируемых с помощью масок.

Схема соединения элементов в диодной ПЛМ показана на рис. 3.6. Входные сигналы положительной полярности подаются на входы а — е, произведения М0 — М 2 снимают-

Рис. 3.5. Элементы ПЛМ не основе биполярных транзисторов и диодов, программируемые с помощью масок

наиболее высокую плотность компоновки элементов, име­ ют минимальную потребляемую мощность, однако усту­ пают по быстродействию матрицам на биполярных тран­ зисторах. На рис. 3.9 показан фрагмент ПЛМ на МОПтранзисторах. Здесь штриховые контуры обозначают гра­ ницы тонкого оксида, что свидетельствует о наличии МОП-транзисторов в соответствующих областях матрицы (состояние логической единицы). В ПЛМ на КМОП-тран- зисторах для сокращения числа нагрузочных р-МОП- транзисторов Тп (рис. 3.10) можно применить тактиро­ вание импульсом (ТИ). При подаче на вход ТИ напря­ жения низкого уровня закрывается заземляющий м-МОП транзистор Т3, открываются транзисторы Тн и происхо­ дит заряд емкостей выходных шин до напряжения логиче­ ской единицы. Входные сигналы на шинах а, Ьзаряжают входные емкости транзисторов матрицы. При подаче на­ пряжения высокого уровня тактовыми импульсами закры­ ваются транзисторы Тн, открывается транзистор Г3. Так как транзисторы матрицы уже подготовлены (их входные емкости заряжены), происходит достаточно быстрое ус­ тановление уровней напряжения на выходах ПЛМ.