第18章ppt课件.ppt
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1、18.1 可编程逻辑器件概述 18.2 可编程只读存储器(PROM) 18.3 可编程逻辑阵列PLA 18.4 可编程陣列逻辑PAL 18.5 通用阵列逻辑GAL 本章小结,18.1 可编程逻辑器件概述,可编程逻辑器件简称为PLD,其逻辑功能是由用户通过对器件编程来设定的。 目前生产和使用的PLD产品主要有现场可编程逻辑阵列FPLA、通用阵列逻辑GAL、可擦除的可编程逻辑器件EPLD、现场可编程门阵列FPGA等几种类型。 用于PLD编程的开发系统由硬件和软件两部分组成。硬件部分包括计算机和专门的编程器,软件部分有各种编程软件。,18.1.1连接方式 PLD电路由与门和或门阵列两种基本的门阵列组
2、成。图18.1是一个基本的PLD结构图。,(a)基本的PLD结构图 (b)PLD连接方式 图18.1 PLD表示法,从图中可以看出,门阵列交叉点上的连接方式共 有三种情况: (1)固定连接:固定连接是不可以通过编程改变 的连接点。 (2)可编程“接通”单元:它依靠用户编程来实 现“接通”连接。 (3)可编程“断开”单元:编程实现断开状态。 这种单元又称为被编程擦除单元。,18.1.2基本门电路的PLD表示法 PLD的输入缓冲器真值表列于表18.1中。,表18.1 PLD输入缓冲器真值表,一个4输入端与门的PLD表示法如图18.2(a)所 示。图中L1=ABCD,通常把A、B、C、D称为输入项,
3、L1称为乘积项(或简称积项);4输入端或门如图18.2 (b)所示,其中L2A十BCD。,图18.2 PLD表示法的图形符号,PLD表示的与门阵列如图18.3所示。,图18.3 PLD表示的与门阵列,L1 输入项 A、 、B、 被编程接通 L2=1 与门的所有输入项均不接通,保 持“悬浮”的1状态 L3= 输入项 固定连接,图18.3中与门G1对应的所有输入项被编程接通, 输出项恒等于0,这种状态为与门编程的默认状态, 如图18.4所示。,图18.4 与门的默认状态,思考题 试用PLD表示法表示出逻辑关系L= 试用PLD表示法表示出逻辑关系L= PLD用哪两个门阵列构成?,返回,18.2 可編
4、程只读存儲器(PROM),18.2.1 PROM的结构及原理 PROM的总体结构由存储矩阵、地址译码器和输出 电路组成。不过在出厂时已经在存储矩阵的所有交叉 点上全部制作了存储元件,即相当于在所有存储单元 中存入了1。 图18.5是熔丝型PROM存储单元的原理图。,图18.5 熔丝型PROM的存储单元,它由一只三极管和串在发射极的快速熔断丝组成。三极管的be结相当于接在字线与位线之间的二极管,熔丝用很细的低熔点合金丝或多晶硅导线制成。在写入数据时只要设法将需要存入0的那些存储单元上的熔丝烧断就行了。 图18.6是一个168位PROM的结构原理图。,图18.6 PROM的结构原理图,编程时首先对
5、应输入地址代码,找出要写入“0” 的单元地址。然后使VCC和选中的字线提高到编程所要求的高电平,同时在编程单元的位线上加入编程脉冲(幅度约20V,持续时间约十几微秒)。这时写入放大器AW的输出为低电平,低内阻状态,有较大的脉冲电流流过熔丝,将其熔断。正常工作的读出放大器AR输出的高电平不足以使DZ导通,则AW不工作。 可见,PROM的内容一经写入以后,就不可能修 改了,所以它只能写入一次。,18.2.2 可擦除的可编程只读存储器(EPROM) EPROM是用紫外线照射进行擦除的。 EPROM与前面已经讲过的PROM在总体结构形式上 没有多大区别,只是采用了不同的存储单元。 EPROM的存储单元
6、使用了浮栅雪崩注入MOS管及 叠栅注入MOS管。 1.浮栅注入MOS管(FAMOS) 它的结构示意图和符号如图18.7所示。,图18.7 FAMOS管的结构和符号,FAMOS管本身是一个P沟道增强型的MOS管,但栅极“浮置”于SiO2层内,与其他部分均不相连,处 于完全绝缘的状态。,如果在它的漏极和源极之间加上比正常工作电 压高得多的负电压(通常为45V左右),则可使漏 极与衬底之间的PN结产生雪崩击穿,耗尽区里的电 子在强电场作用下以很高的速度从漏极的P区向外 射出,其中速度最快的一部分电子穿过SiO2层而到 达浮置栅,被浮置栅俘获而形成栅极存储电荷。这 个过程就叫做雪崩注入。,漏极和源极间
7、的高电压去掉以后,由于注入到 栅极上的电荷没有放电通路,所以能长久保存下来。在1250C的环境温度下,70%以上的电荷能保存10 年以上。 在栅极获得足够的电荷以后,漏源间便形 成导电沟道,使FAMOS管导通。,如果用紫外线或X射线照射FAMOS管的栅极氧化 层,则SiO2层中将产生电子空穴对,为浮置栅 上的电荷提供泄放通道,使之放电。待栅极上的电 荷消失以后,导电沟道也随之消失,FAMOS管恢复 为截止状态。这个过程称为擦除。擦除时间约需20 30分钟。 用FAMOS管作存储单元时,还要用一只普通的P 沟道MOS管V2与之串联,如图18.8所示。,图18.8 用FAMOS管的存储单元,这只普
8、通MOS管的栅极受字线控制。产品在出厂 时所有的FAMOS管都处于截止状态。 在进行写入操作时,首先输人选好的地址,使 需要写入数据的那些单元所在字线为低电平。 然后,在应该写入1的那些位线上加入负脉冲, 使被选中的单元内FAMOS管发生雪崩击穿,存储单元 记入1。,在读出数据时,只需输入指定的地址代码,相 应的字线便给出低电平。这根字线所接的一行存储 单元中栅极已注入电荷的 FAMOS管导通,使所接的 位线变成高电平,读出1; 栅极未注入电荷的FAMOS管截止,所连接的位线 为低电平,读出0。,2.叠栅注入MOS管(SIMOS管) 图18.9是SIMOS管的结构原理图和符号。它是一 个N沟道
9、增强型的MOS管,有两个重叠的栅极控 制栅Gc和浮置栅Gf控制栅Gc用于控制读出和写入,浮 置栅Gf用于长期保存注入电荷。,图18.9 SIMOS管的结构和符号,图18.10 使用SIMOS管的2561位EPROM,写入数据时漏极和控制栅极的控制电路没有画 出。这是一个256l位的EPROM,256个存储单元排 列成16l6矩阵。输入地址的高4位加到行地址译码 器上,从16行存储单元中选出要读的一行。输入地 址的低4位加到列地址译码器上,再从选中的一行存 储单元中选出要读的一位。如果这时 =0,则这一 位数据便出现在输出端上。 采用SIMOS管的EPROM同样能用紫外线擦除,然 后重新写入新的
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