从结构上, PLD 器件可分三类:
1.一般用途的 PAL 器件(包括 GAL---FPGA 和 CPLD )
2.用于状态机设计的可编程定序器
3.高密度的 LCA 器件
采用三种制备工艺
1.TTL 工艺 (应用最广泛,双极性器件,速度很快,但不及 ECL )
2.CMOS 工艺 (功耗低,可以擦除,与 TTL 兼容或有兼器件)
3.ECL 工艺 (发射极耦合器件 )
PAL 器件按功能分为四类
1.简单组合型器件
2.简单寄存器型器件
3.定序器
4.异步型器件
简单组合型器件
具有基本阵列输出结构和可编程 I/O 输出结构 PAL 器件均属组合型 器件。
可提供快速、有效地简单组合逻辑功能,从众多的可选器件中, 用户能为其应用选择合适的器件
五个基本特征用来区分这些器件
1.输入端数
2.输出端数
3.每个输出后乘积项数
4.速度、传输延时
5.功耗
有些寄存器型器件可以用作组合型器件,只要将其所带的触发器旁路 即可,如 PAL22V10 。简单组合型器件的结构代码如下:
简单组合型器件的输出结构
“ 与 ” 门共享的输出结构 : PAL 初级产品的输出端数和输出极性都是固定的,在输出端 之间也不存在可共享的 ” 与 “ 门或乘积项。对于复杂功能的逻辑设计,该类 PAL 就显得无 能为力。其解决方法是使与门在输出端共享,称为 ” 乘积项共享 “ ,这种结构使得乘积项 能在各输出之间进行分配。
典型的 2 输出共享 16 个 ” 与 “ 门,不论是复杂或是简单的逻辑功能,只要所需相 “ 或 ” 的 乘积项小于 16 门,就可以将这两个相邻的输出端分配给它们。
“ Xpandor 细胞单元输出结构: 由于 FPAL 器件的 ” 或 “ 阵列可编程,它的灵活性取 决于其 “ 与 ” 门可由输出端共享, 即 “ 与 ” 阵列输出的乘积项可由任一个或全部的 “ 或 ” 门所共用。 VTI 公司引入 Xpandor 细胞单元输出结构, 2 个输出可以同时使用分配 给它们的 2 组 “ 与 ” 门中的任意一组; 而在 “ 与 ” 门共享输出结构中,每个 “ 与 ” 门只能 分配给共享 “ 与 ” 门输出端的一个。细胞单元输出结构示意图为:
I1 、 I2 、 I3 、 I4 异或 输出,如用该结构, 只需四个与门便能实 现,否则需八个
简单组合型 PAL 器件列表 :
说明 :
1.某些器件有内部反馈,将输出引脚的信号回送用作输入,与可编 程三态功能相结合,输出引脚可用作输出、输入双向 I/O 引脚。
2.大多数器件具有固定的输出极性; AmPAL22P10 、 AmPAL18P8 、 PAL16P8 、 PAL20S10 和 AmPAL22XP10 则具有可编 程的输出极性
3.PAL20S10 有一个特点,称为 “ 积项换向 ” 或 “ 积相共享,它允许乘 积项在各输出之间进行分配
4.AmPALXP 的每一输出端都有内在的异或门
简单寄存器型器件 :
一、在组合型器件的输出端加上用于信号同步的寄存器所构成的器 件等价于基本寄存器型 PAL 器件
二、所有这些器件都将触发器的输出作为输入反馈到阵列。
三、可用于非常快速的小型状态机
四、六个基本特征用来区分这些器件:
1.输入端数
2.输出端数
3.触发器数
4.每个输出的乘积项数
5.速度或最高时钟频率 n 功耗
寄存器型结构 :
说明 :
1.大多数有专用的时钟和输出使能引脚。象 PAL16K4 ,有一些专用的组合输 出端,具有可编程的三态功能;只有寄存器型输出端由输出使能控制。
2.PAL22V10 、 AmPAL22RP10 系列及 AmPAL22XRP10 ,都有可编程的三态输 出端,如果需要的话,这些系列器件的时钟引脚也可用作逻辑输入。
3.PAL16X4 带有一个附加的 “ 位 - 对 ” 译码电路,特别适用于算术操作。
4.比较简单的器件都含有低电平有效输出端。 PAL16RP8 系列、 PAL22V10 、 PAL22RP10 系列、 AmPAL22XP10 系列、 PAL20RS10 系列及 PAL32R16 系列 具有可编程极性。
5.PAL20RS10 系列和 PAL32R16 有 “ 积项换向 ” 的功能。 n PAL32R16 输出端可以 8 个为一组通过编程而变成组合型输出,此外,它还 有多个时钟,使能输入 TTL 电平预置引脚。
6.PAL22V10 有两个可编程的初始化乘积项,一个是同步预置项,另一个是 异步复位项,这两个乘积项控制所有的触发器。
寄存器型 PAL 器件的结构
1.简单寄存器型 PAL 器件的缺陷
2.输出结构决定了难以实现复杂的逻辑功能 n 每个输出端最多能使用 8 个与门
3.输入端、寄存器输出端、非寄存器输出端之间的均衡性差
4.简单寄存器型 PAL 没有提供重要的测试特征功能,即不管输入状态如何, 输出寄存器能预置成任意给定状态
增强的寄存器型 PAL 器件的预置功能 :
1.设计一个实际电路时,预置一般通过外围电路实现
2.预置功能的实现方法之一是选取器件的一个输入引脚,在外加信号的 驱动下控制寄存器状态的建立
如图:电源通过电阻 R 缓慢地给电容 C 充电,开始时 Pon 为 “ 低 ” 电平, PAL 所有的输出寄存器均置成高电平 “ 1 ” ,之后 Pon 由 “ 低 ” 变 “ 高 ” , PAL 则执行正常的逻辑操作。 Q : = /Pon+Pon * NORMAL FUNCTION
异或 PAL 输出结构和算术功能 PAL 结构
在输出寄存器前设置 “ 异或 ” 门对于实现诸如算术运算和计数之类的操 作特别有用。
当计数器很复杂时,一般 PAL 的器件可能没有足够的 “ 与 ” 门来构造 它,而异或型 PAL 器件能解决这类问题。一个四位计数器的输出假定 为 Q 3 Q 2 Q 1 Q 0 ,其最高位 Q3 的状态决定于 Q 2 、 Q 1 、 Q 0 的状态,即 Q 3 : =Q 3 与( Q 2 *Q 1 *Q 0 )异或,利用异或 PAL 很容易实现该逻辑;
在异或 PAL 器件的基础上,增加反馈选通电路可以使算术运算更易于 实现。 PAL16X4 和 PAL16A4 都具有反馈选通网络。
定序器型器件
几种寄存器 PAL 器件,由于增加了辅助功能,特别适用 于状态机应用。
七个基本特征用来区分
1.输入端数
2.输出端数
3.触发器的数
4.可能有的触发器类型( D , T , J-K , S-K ,锁存和 / 或掩埋)。
5.每个输出的乘积项数
6.速度最大时钟频率
7.功耗
定序器型结构
说明
1.PAL20X10 系列、 AmPAL20XRP 系列、 PAL22RX8 系列和 PAL32VX10 系 列,都带有一个异或门,这使之能够和 D 、 T 、 J-K 、或 R-S 触发器一起 进行设计。由于 PAL20X10 的乘积项较小,最适用于计数器一类的应 用;
2.AmPAL20XRP10 系列、 PAL22KX98 系列和 PAL320X10 具有较多的乘积 项,更适用较复杂的状态机设计。
3.AmPAL23S8 除了 8 个输出寄存器外,还有 6 个永久隐埋的附加触发器。 PAL32V10 和 PALC20M16 有若干触发器,如果输出端不需要它们,也 可被隐埋。如果触发器被隐埋,则对应的输出引脚可以当成输入端使 用。对于将内部状态机作为整个设计一部分的应用,这些器件是最理 想的。
4.PAL32RX8 、 PAL32VX10 和 AmPAL23S8 具有总的预置和复位控制, 这使得系统的初始化更容易。
5.AmPALC29M16 是一种电可擦除的器件,这是有异常灵活的结构, 几乎所有的引脚都可作为输入或输出。输入和输出都可被寄存、 锁存或组合,有两个引脚可用作时钟;器件还提供总的预置和复 位功能。
6.有几个触发器可以隐埋以提供内部的状态机,该器件与 HC 、 HCT 兼容。
异步型 PAL 器件
在有些应用中,需要异步控制的触发器,为此已设计好几种 PAL 器 件满足这样的需要 。如 PAL20RA10 、 PAL16RA8 。
这些器件的主要由可编程的 “ 与阵列 ” 和固定的 ” 或阵列 “ 所驱动的若干 个触发器三部分组成。
D 型触发器有各自的可编程时钟、置位和复位线。它们具有可编程 的极性,而且触发器能够被旁路以构成组合型输出。
这些器件能够用来代替随机的分离逻辑、每个触发器是独立的。必 要时时钟、 位、复位线可以由逻辑门控制。
适用于一些无规则的门电路,以及本质为异步的逻辑结构。
异步 PAL 单元
由 MMI 公司推出的 “ 状态机元细胞 ” 或叫 SMAC ( State-Machine-Atomic-Cell) 的异步 PAL 单元具有灵活的结构
SMAC 含有 8 个 “ 与 ” 门,只有 4 个乘积项组合起来构成用户逻辑,其余的 4 个 “ 与 ” 项用来为触发器和输出三态门提供时钟、置位、复位和输出使能信号
每个 SMAC 使用一个输入端和一个输出端,除本身特性外,还有一个全局 输出使能信号和一个并行加载信号。
一块 20 脚的芯片可容纳 8 个 SMAC 单元, 24 脚芯片可容纳 10 个 SMAC 单元, 每个 SMAC 单元的输出端开启或阻塞取决于全局输出使能信号和单元专用 输出使能信号的组合。这意味着每个 I/O 引脚既能设置为输入,也能设置 为输出。
在 EP 系列中的异步 PAL 器件则使用了结构稍有变化的 “ 异步 PAL 单元 ” 。分 配给每个 I/O 单元的 10 个 “ 与 ” 项, 8 个 “ 与 ” 用于实现逻辑表达式,一个 “ 与 “ 用 作触发器的清零信号,另一个 “ 与 ” 用作时钟或者输出使能信号。
异步型结构
异步型 PAL 器件