第2章 大规模可编程逻辑器件

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1、一、本章提要：一、本章提要：1、介绍了、介绍了PLD的发展过程、的发展过程、PLD的种类及分类方法；的种类及分类方法；2、常用、常用FPGA和和CPLD的系列、品种、性能测试、标识；的系列、品种、性能测试、标识；3、介绍了、介绍了FPGA 和和CPLD开发应用中的选择方法。开发应用中的选择方法。第二章第二章 大规模可编程逻辑器件大规模可编程逻辑器件1二、教学重点及难点：二、教学重点及难点：了解了解CPLD和和FPGA的结构差异的结构差异三、学习要求：三、学习要求：1、掌握：、掌握： 如何区分选择如何区分选择CPLD和和FPGA；PLD 的种类及分类方法的种类及分类方法2、了解：、了解： PLD

2、的发展过程的发展过程23相关专业名词相关专业名词4 传统数字系统 由固定功能标准集成电路74/54系列、4000、4500系列构成。设计无灵活性, 芯片种类多，数目大。 现代数字系统 仅由三种标准积木块：微处理器、存贮器和 PLD构成。即 CPU+RAM+PLD模式。PLD的设计是其核心。可编程逻辑器件：可编程逻辑器件：PLD-PLD-Programmable Logic Devices 用户构造逻辑功能。用户构造逻辑功能。580年代初：Lattice公司推出GAL_Generic Array Logic (第二代）；2.1 2.1 可编程逻辑器件概述可编程逻辑器件概述一、一、PLDPLD的发

3、展进程的发展进程70年代初：PROM、 PLA_Programmable Logic Array （第一代）；70年代末：AMD 公司推出PAL_Programmable Array Logic690年代初： Lattice公司提出 ISP In System Programming，推出 ispLSI。80年代中： Xilinx公司推出 FPGA Field Programmable Gates Array； Altera公司推出EPLD Erasable Programmable Logic Device；近年 PLD的发展： 密度：单片已达1000万系统门 速度：达420MHz以上 线宽

4、：已达 90 nm，属甚深亚微米技术 （VDSMVery Deep Sub Micrometer）7 高集成度； 高速度； 高可靠； 在系统可编程。 PLD已占整个IC产值的40%以上。PLD的产量、集成度每年增加35%，成本降低40%。 二、二、PLDPLD产品的特点：产品的特点：8Altera 产品系列主要性能系 列 代表产品 配置单元 逻辑单元(FF) 最大用户 I/O 速度等级/ns RAM/位 APEX20K EP20K1000E SRAM 42 240 780 4 540 k FLEX10K EPF10K10 SRAM 4992(5392) 406 4 24 576 FLEX800

5、0 EPF8050 SRAM 4032(4656) 360 3 MAX9000 EPM9560 EEPROM 560(772) 212 12 MAX7000 EPM7256 EEPROM 256 160 10 FLASHlogic EPX8160 SRAM/FLASH 160 172 10 20 480 MAX5000 EPM5192 EPROM 192 64 1 Classic EP1810 EPROM 48 48 20 9Altera公司千万门级的FPGA (SOC): Stratix 10 Xilinx 产品系列主要性能系 列 代 表 产 品 可用门 宏单元 逻辑单元 (FF) 速度等级

6、/ns 驱动能力 /mA 最大用户 I/O RAM /位 XC2000 XC2018L 1.0 k1.5 k 100 172 10 4 74 XC3000 XC3090 5.0 k6.0 k 320 928 6 4 144 XC3100 XC3195/A 6.5 k7.5 k 484 1320 0.9 8 176 XC4000 XC4063EX 62 k130 k 2304 5376 2 12 384 73 728 XC5200 XC5215 14 k18 k 484 1936 4 8 244 XC6200 XC6264 64 k100 k 16 384 16 384 8 512 262 k

7、XC8100 XC8109 8.1 k9.4 k 2688 1344 1 24 208 XC7200 XC7272A 2.0 k 72 126 15 8 72 XC7300 XC73144 3.8 k 144 234 7 24 156 XC9500 XC95288 6.4 k 288 288 10 24 180 11Xilinx公司千万门级的FPGA (SOC): Virtex-II Pro12Lattice 产品系列主要性能系 列 代表产品 可用门 宏单元 逻辑单元 (FF) 速度等级/ns 最大用户 I/O isPLSI1000/E isp148 8 k 192 288 5 108 isp

8、LSI2000/E/V/E isp2192 8 k 192 192 6 110 ispLSI3000 isp3448 20 k 320 672 12 224 ispLSI5000V isp5512V 24 k 512 384 10 384 ispLSI6000 isp6192* 25 k 192 416 15 159 ispLSI8000 isp8840 45 k 840 1152 8.5 312 13（1）产品系列代码：如ALTERA公司的FLEX器件系列代码为EPF。（2）品种代码：如ALTERA公司的EPF10K，10K即是其品种代码。（3）特征代码：即集成度，CPLD产品一般以逻辑宏单

9、元数描述，而FPGA一般以有效逻辑门来描述。如ALTERA公司的EPF10K10中后一个10，代表典型产品集成度是10K。 （4）封装代码：如ALTERA公司的EPM7128SLC84中的LC，表示采用PCC封装。CPLD/FPGA产品型号标识产品型号标识通常由以下几个部分组成：14（5）参数说明：如ALTERA公司的EPM7128SLC84中的LC8415,84代表有84个引脚，15代表速度等级为15ns。（6）改进型描述：改进型号一般在原型号后用字母A、B、C表示，有些具有特定含义，如D表示低成本型、E表示增强型、L表示低功耗型、H表示高引脚型、X表示扩展型等。（7）适用的环境描述：C表示

10、商用级（0C85 C），I表示工业级（ 40C100C ），M表示军工级（ 55C125 C）。15 例：例： Xilinx器件的标识方法是：器件型号+封装形式+封装引脚数+速度等级+环境温度。如 XC3164 PC 84-4 C 的含义如下： 第1项：XC3164表示器件型号。 第2项：PC表示器件的封装形式，主要:PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier，塑料方形扁平封装)PQFP (Plastic Quad Flat Pack，塑料四方扁平封装)TQFP (Thin Quad Flat Pack，四方薄扁形封装)RQFP (Power Quad Flat Pac

11、k,大功率四方扁平封装)BGA (Bal Grid Array(Package)，球形网状阵列(封装)PGA (Ceramic Pin Grid Array(Package)，陶瓷网状直插阵列(封装)等形式。16 第3项：84表示封装引脚数。一般有44、68、84、100、144、160、208、240等数种，常用的器件封装引脚数有44、68、84、100、144、160等，最大的达596个引脚。而最大用户I/O是指相应器件中用户可利用的最大输入/输出引脚数目，它与器件的封装引脚不一定相同。 第4项：- 4表示速度等级。速度等级有两种表示方法。在较早的产品中，用触发器的反转速率来表示，单位为M