Programmable Logic Devices (PLD) Übersicht

Was ist PLD?

PLD steht für Programmable Logic Device. Ein programmierbares Logikbauelement ist ein einzelner, programmierbarer elektronischer Chip, der als ein Element verwendet werden kann, um digitale Schaltungen zu bauen, die rekonfiguriert werden können. Programmierbare Logikgeräte verfügen über programmierbare Elemente, die mit einem speziellen Programm geändert und programmiert werden können, auch nachdem das Produkt die Produktionsstätte verlassen hat. Im Vergleich zu einem PLD besteht ein typischer ASIC / Chip aus Logikgattern und hat eine feste Funktion, die entworfen und programmiert wurde, um eine Funktionalität auszuführen. Im Gegensatz zu diesen typischen integrierten Schaltungen können programmierbare Logikbauelemente neu konfiguriert werden, um verschiedene Funktionen basierend auf den Anforderungen des Benutzers auszuführen.

Wie funktionieren programmierbare Logikbauelemente (PLDs)?

Programmierbare Logikbauelemente enthalten mehrere Logikelemente wie Flip-Flops sowie UND- und ODER-Gatter, die vom Benutzer konfiguriert werden können. Die interne Logik und die Verbindungen können vom Benutzer während des Programmiervorgangs geändert werden, der mit einer dedizierten Softwareanwendung durchgeführt wird.

Programmierbare Logikbauelemente bestehen manchmal aus einer Anzahl von Sicherungen, die in der ursprünglichen, unprogrammierten PLD intakt sind. wenn Sie das Logikgerät programmieren und die Verbindungen bestätigen, blasen Sie im Wesentlichen die Sicherungen aus, um die Verbindungen in einer bestimmten Konfiguration gemäß Ihrem Design dauerhaft zu machen.

Um ein speicherprogrammierbares Gerät zu programmieren, müssen Sie sicherstellen, dass Sie die richtige Software und die richtige Sprache verwenden, um mit der Technologie zu kommunizieren. Sie werden höchstwahrscheinlich eine Hardwarebeschreibungssprache oder HDL verwenden. Wenn Sie nach einer höheren Sprache für komplexe Geräte suchen, können Sie VHDL oder Verilog verwenden.

Sie benötigen auch einen Geräteprogrammierer, um das Logikmuster, das Sie in der angegebenen Hardwaresprache entworfen haben, auf das Programmierbare Logikgerät zu verschieben.

Arten von speicherprogrammierbaren Bauelementen (PLDs)

Es gibt verschiedene Arten von speicherprogrammierbaren Bauelementen, von denen jede über verschiedene programmierbare Funktionen verfügt. Sie sind wie folgt:

• Programmierbarer Nur-Lese-Speicher (PROM)

In einem typischen programmierbaren Nur-Lese-Speicher (PROM) wird der Eingang in ein festes UND-Array eingespeist, das als Decoder fungiert, und dann durch ein programmierbares ODER-Array verarbeitet, bevor der Ausgang ausgegeben wird.

• Programmierbare Array-Logik (PAL)

Eine programmierbare Array-Logik oder PAL-Vorrichtung umfasst ein programmierbares UND-Array und dann ein festes ODER-Array in dieser Reihenfolge. Als solches wäre die Ausgabe dieser Geräte die Kombination der Eingänge in Form von Summe der Produkte. Diese Vorrichtungen haben normalerweise eine Anordnung von Transistorzellen.

• Speicherprogrammierbare)

Ein PLA oder Programmable Logic Array besteht aus zwei programmierbaren UND- und ODER-Arrays, die nacheinander zwischen dem Eingang und den Ausgängen angeordnet sind.

• Komplexe Programmierbare Logik (CPLD)

In einer CPLD oder einem komplexen programmierbaren Logikbaustein gibt es einen Satz von Blöcken, die jeweils aus programmierbaren Logikbausteinen bestehen, die dann durch eine globale Verbindungsmatrix verbunden sind. Als Benutzer haben Sie die Möglichkeit, die einzelnen speicherprogrammierbaren Bausteinblöcke sowie die Verbindungen, die die verschiedenen PLD-Blöcke miteinander verbinden, zu programmieren. Lesen Sie hier mehr über CPLDs.

• Feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA)

FPGAs bestehen typischerweise aus einer programmierbaren Logikmatrix, einer programmierbaren Routingmatrix und programmierbaren Ein- / Ausgängen. Die programmierbare Logikstruktur ist im Wesentlichen eine zweidimensionale Anordnung von Logikblöcken, die vom Benutzer konfiguriert werden können. Die programmierbaren Routen sind die Routing-Kanäle und Anschluss- oder Schaltkästen, die die verschiedenen Blöcke und Pins in der Schaltung miteinander verbinden. Letztendlich können Sie auch die E / A-Pufferpins konfigurieren und bestimmen, welche Pins auf dem Chip als Eingangs-, Ausgangs- oder E / A-Pins fungieren. Lesen Sie hier mehr über FPGAs.

Warum sollten Sie PLDs verwenden?

• Programmierbare Logikbausteine bieten dem Anwender mehr Flexibilität während des Designzyklus. Dies liegt daran, dass die Entwurfsoperationen auf dem Ändern der gesamten Programmierdatei basieren. Diese Änderungen können innerhalb der Arbeitsteile und des Designs der PLD spürbar beobachtet werden.
• Programmierbare Logikbauelemente sind vergleichsweise kleiner und benötigen weniger Platz auf der Platine. Dadurch haben sie auch eine kürzere Montagezeit und einen relativ einfacheren Montageprozess an und für sich. Dies führt auch zu einer Kostensenkung.
• Programmierbare Logikbauelemente verbrauchen tendenziell weniger Strom und zeichnen sich auch dadurch aus, dass sie im Vergleich zu alternativen Optionen weniger Verbindungen in den Gehäusen haben. All diese Eigenschaften führen zu großer Systemzuverlässigkeit sowie Flexibilität.
• PLDs sind hochgradig feldprogrammierbar – das bedeutet, dass der Chip oder die Schaltung vollständig außerhalb der Fertigungsumgebung programmiert werden kann. Sie müssen die Änderungen nicht unbedingt während des Aufbaus der Schaltung vornehmen, da die Änderungen je nach Bedarf zu einem späteren Zeitpunkt vorgenommen werden können.
• Die Möglichkeit, die Konfiguration des Geräts zu ändern, macht programmierbare Logikbauelemente dank ihrer Anpassbarkeit und Personalisierung zu einer äußerst attraktiven Option.
• Die verringerte Anzahl von integrierten Schaltungen, die verwendet werden, wenn sie durch PLDs ersetzt werden, erhöht die Zuverlässigkeit der Schaltung, insbesondere da eine geringere Anzahl von Verbindungen vorhanden ist.
• Da programmierbare Logikbauelemente löschbar und modifizierbar sind, sind sie ideal für Situationen oder Technologien, die konsistente Updates benötigen oder wenn sie irgendwann in ihrem Lebenszyklus wiederverwendet werden müssen.

Programmierbare Logikbauelemente haben es vielen Anwendern, Designern und Herstellern ermöglicht, unglaublich innovative und phänomenale Technologien zu entwickeln, die sich auf die Herstellung logikbasierter Lösungen für eine Vielzahl von Anwendungen konzentrieren. Der reduzierte Stromverbrauch, die geringeren Kosten und die Integration so vieler Funktionen, die bei den meisten anderen Alternativen einfach nicht möglich sind, machen programmierbare Logikbauelemente zu einer bevorzugten und bevorzugten Option für mehrere Benutzer mit unterschiedlichen Hintergründen und Branchen.