Programozható áramkörök Grosz Imre 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök Alapfogalmak: - Cella - IO cella - Makrocella (Megablokk) - Kapcsoló, vagy kapcsolat mátrix - Összekötő vezetékek - Erőforrások 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök Programozható tulajdonságú logikai áramkör általános felépítésének blokkvázlata. Proglog. 1. ábra. 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök IO áramkörök (1) Bemeneti áramkörök - Szintérzékelés nagysága: - TTL - CMOS - Csökkentett tápfeszültségű logika - Beállítható komparálási szint - Szintérzékelés fajtája: - Normál kapu bemenetnek megfelelő komparálás - Schmitt triggeres bemenet 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök IO áramkörök (2) - Bemenet választása: - direkt - tárolós - Bemeneti felhúzó (és esetleg lehúzó) ellenállás programozhatósága - Bemeneti szinttartó áramkör programozható, hogy Bus-hold áramkörként, vagy felhúzó ellenállásként működjön - Bemeneti tároló elem mintavételi tulajdonsága: - latch - flip-flop - Órajel és órajel él választása 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök IO áramkörök (3) - IO fokozat tápfeszültsége, több családnál, külön erre a célra szolgáló csatlakozó lábak felhasználásával, a maglogikával azonos, vagy attól eltérő tápfeszültségre köthető. - A nagyobb áramköröknél több - egymástól eltérő feszültségről működő – IO zóna alakítható ki. 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök IO áramkörök (4) - A bemeneti áramkörökhöz tartozik még a védelmi áramkör is. Túlfeszültség tűrés - Nem használt lábak földelése 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

Kimenetek lehetőségei (1) - Kimeneti tulajdonságok meghatározása és kimeneti meghajtó - A kimenőjel vezérelt negálása: - beépített - programozható lehetőség - Kimenet típusa: - Kombinációs hálózat - Regiszter (D tár) lehetősége 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

Kimenetek lehetőségei (2) - Kimenet engedélyezés: - alacsony szint engedélyez - magas szint engedélyez - állandó engedélyezés (Totem-Pool kimenet) - kimenet letiltása (A csatlakozás Input láb legyen) - nyitott kollektoros kimenet kialakítása - Kimenet engedélyező jel választása: - tokra közös külső jel - tokban előállított kombinatív jel - Jelváltási meredekség beállítása: - lassúbb jelváltási sebesség - gyorsabb jelváltási sebesség 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök Tesztelés és égetés - Programozás égető berendezésben - Beépítés helyén programozás 5 vezeték - Programozó áramkör - Másolás elleni védekezésként (security bit(ek)) - Beépített, működésvizsgáló (tesztelő) logika - Boundary-scan megléte a betöltővel azonos 4, opcionálisan 5 vezérlő vonal segítségével 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

Összeköttetések kialakítása - Kapcsolat mátrix: - Központi elosztó mátrix és elosztó részmátrixok 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

Logikai feladatokat megvalósító alapáramkörök (cellák, makrocellák) - Bemeneti meghajtó fokozat - Bemenőjelek száma - ÉS hálózat - VAGY hálózat - Vezérelt negáció: KIZÁRÓ-VAGY (EXOR) kapu - Tárolók vagy Flip-flopok 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

ÉS áramkör és programozhatósága Proglog.3. ábra. 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

VAGY hálózat és programozhatósága Proglog.4. ábra. 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök Vezérelt negáció Proglog.5. ábra. 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

Élvezérelt tároló és kimeneti MUX Proglog.6. ábra. 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

Egyszerű Programozható áramkörök főbb típusai - PROM Rögzített ÉS mátrix 2n kapu VAGY programozható - PAL Programmable Array Logic ÉS hálózata programozható a VAGY rögzített - GAL Generic Array Logic. A PAL EEPROM-os, összetettségében is bővített változata - HAL Hardware Array Logic - FPLA Field Programmable Logic Array. Programozható az ÉS, és a VAGY mátrixa 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök Az egyszerű, kapu típusú programozható áramkörök felépítésének összehasonlítása 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök Egy összetett SSI áramkör: a Lattice cég GAL16V8 egy blokkjának logikai rajza. 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

Összetett programozható logikák (nagy integráltságú eszközök): - A belsejükben létrehozott logikai változókat már nem feltétlen vezetik ki az IC lábaihoz. - Nem egy esetben a belső jelek száma jóval nagyobb az IC IO lábainál. - Egy-egy nagyobb “logikai kapacitású” áramkör több féle tokozásban, ennek megfelelően eltérő számú IO lábbal kapható. 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök - FPGA Field Programmable Gate Array. Felhasználó által programozható kaputömb. Több igen eltérő család közös neve pl. - LCA Large Cell Array. Logikai cellatömb áramkör. Egyfajta FPGA megvalósítás. Főbb elemei: - CLB: Configurable Logic blokk = Meghatározható tulajdonságú logikai egység. - SM: Switch Mátrix - IO Bemeneti-kimeneti egység 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

CLB: Configurable Logic blokk Meghatározható tulajdonságú logikai egység. Felépül: - Egy kis kapacitású RAM-ból (a logikai funkciók számára) - ezt szokás LUT-nak Logical Unit Table = leírótáblának nevezni - Muxokból - D tárolókból - Jellemzően kevés bemenetűek a cellák - Alapvetően szinkron áramkör céljaira szolgálnak 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök CLB felépítése Proglog.9. ábra. 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök Kapcsolódásaik A CLB-k több vezetékes összeköttetés csatornák, és a csatornák kereszteződésében lévő SM: Switch mátrix = kapcsoló mátrixok segítségével programozhatók a kívánt kapcsolássá. 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

SM Switch Mátrix kialakítása Az általános összekötő vezetékek kereszteződésében. Használatosak Proglog.10. ábra. 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

XILINX FPGA áramkörök összeköttetés hálózata. 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

IO cella kialakítása a XILINX XC FPGA áramköröknél 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

A RAM bázisú FPGA programbetöltési lehetőségei - Betöltés párhuzamos EPROM-ból - Betöltés soros (EE)PROM-ból - Betöltés perifériaként mikroprocesszor adatsínről - Betöltés speciális soros (5 vezetékes) vonalról (IEEE 1491) - A betöltést az FPGA vezérli - A mód kiválasztása kijelölő lábak bekötésével történik 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

CPLD Configurable Programmable Logic Device - Programozással kialakítható logikai eszköz. Makrocella bázisú programozható logikák - Alapegységük a GAL-ra hasonlít - Összeköttetésük: - Összekötés hálózattal és SM-el - Kapukból kialakított központi elosztó hálózattal - Először a Lattice cég jelentkezett EEPROM bázisú eszközeivel, majd a Xilinx is már Flash alapú családokkal 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök Xilinx cég XC9500 család Több változat van forgalomban: XC 5 V-s család 36 bemenetű ÉS kapuk XL 3,3 V-s család 50 bemenetű ÉS kapuk XV 2,5 V-s család 54 bemenetű ÉS kapuk 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

Az XC 9500 család általános blokkvázlata 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

XV Funkcionális blokk be és kimenetei 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

A Makrocella funkcionális részei 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

Órajel, és aszinkron beírások választható lehetőségei 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

Egy lehetséges logikai alapegység 5 db ÉS kapu VAGY kapcsolata 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

15 darab Product Term (ÉS kapu) Egy feladatra való felhasználása 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

18 X 54 bemenetű ÉS-VAGY kapu és a maradék 2 felhasználása 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

ÉS kapukat vagyis Product termeket elosztó hálózatok 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

A kapcsolatot biztosító Gyors összeköttetés mátrix és csatlakozásai 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

Kimenet, bemenet lehetséges kialakításaihoz felhasználható jelek 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

Tápfeszültség bekötési lehetőségek 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

Kimeneti jelváltási sebesség változtatási lehetősége 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

Bemeneti tartó (Bus-Hold) áramkör felhasználási lehetősége 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

Tápfeszültség bekötés lehetőségei 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

Programozás fizikai csatlakoztatása 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök Időhelyek funkciói 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök Az időhelyek modellje 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

Tápfeszültség be és kikapcsolási állapotai 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

A betöltés vezérlés logikája 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

Tápfeszültség bekapcsolás aktivizálása 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök

Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök Köszönöm! Tartós türelmeteket. 2011. 03. 14. 51 dia Grosz Imre f. doc. Programozható logikai áramkörök