PLD´S, PLA´S, PAL´S PDF

Preview

Summary

Investigación acerca de los diferentes dispositivos lógicos programables. ...

Description

PLD’S Según Montejo (s.f.) un dispositivo lógico programable es cualquier dispositivo lógico cuya función está especificada por el usuario, después de fabricado el dispositivo. Se usan para reemplazar lógica SSI y MSI, ahorrando así en costo y tiempo en el diseño. Hay varias clases de dispositivos lógicos programables: ASICs, FPGAs, PLAs, PROMs, PALs, GALs, y PLDs complejos. Esto se hace por medio de Lógica programable, la cual se puede definir como ¨ una familia de componentes que contienen conjuntos de elementos lógicos (AND, OR, NOT, LATCH, FLIP-FLOP) que pueden configurarse en cualquier función lógica que el usuario desee y que el componente soporte. ¨ (Montejo, s.f., párr. 3) Existen dos ramas principales dentro de los dispositivos lógicos programables, la lógica programable de campo y la de fábrica. El término campo en este contexto implica que los dispositivos puedan ser programados en el “campo” del usuario, mientras que la lógica de fábrica puede ser programada en la misma fábrica donde se construyen, de acuerdo con los requerimientos del cliente. En este caso, la tecnología de programación usa procesos irreversibles, por lo que solo es posible hacerlo una vez.

La estructura general de un dispositivo lógico programable contiene una arquitectura general predefinida en la que el usuario puede programar el diseño final del dispositivo empleando un conjunto de herramientas de desarrollo. Las arquitecturas generales pueden variar, sin embargo, normalmente consisten en una o más matrices de puertas AND y OR para implementar funciones lógicas. Muchos dispositivos también contienen combinaciones de flip-flops y latches que pueden usarse como elementos de almacenaje para entrada y salida de un dispositivo. Los

dispositivos más complejos contienen macrocélulas. Las macrocélulas permite al usuario configurar el tipo de entradas y salidas necesarias en el diseño. Existen los PLD’s combinaciones y secuenciales, los combinacionales simples son capaces de realizar desde 2 a 10 funciones de 4 a 16 variables un simple circuito integrado. Los PLD’s más complejos pueden contener miles de compuertas y flipflops. Sin embargo, un PLD puede remplazar un gran número de circuitos integrados lo que provoca que sea más barato. Cuando un sistema digital es diseñado usando un PLD, los cambios en el diseño pueden ser realizados fácilmente cambiando la programación, sin tener que cambiar ni un solo cable en el sistema.

Actualmente cada fabricante de estos dispositivos diseña su propio software para programar dichos dispositivos lo que quiere decir que existen una gran variedad de lenguajes de programación ya que son demasiado fabricantes. Los lenguajes más populares a nivel mundial son 3:   

Lenguaje de contactos o Ladder Lenguaje Booleano (Lista de instrucciones) Diagrama de funciones

Todos los PLDs están formados por matrices programables. Una matriz programable es una red de conductores distribuidos por filas y columnas con un fusible en cada punto de intersección. Aunque las memorias PROM, EPROM y EEPROM son PLDs, muchas veces se las excluye de esta denominación debido a que su contenido se define utilizando elementos de desarrollo propios de microprocesadores, tales como; ensambladores, emuladores y lenguajes de programación de alto nivel. Otras veces, cuando estas memorias se usan para realizar una función lógica y no para guardar un programa de un microprocesador, se las incluye dentro del término PLD. Las herramientas de soporte al diseño con PLDs facilitan enormemente este proceso. Las hojas de codificación que se utilizaban en 1975 han dejado paso a los ensambladores y compiladores de lógica programable (PALASM, AMAZE, ABEL, CUPL, OrCAD/PLD, etc.). Estas nuevas herramientas permiten expresar la lógica de los circuitos utilizando formas variadas de entrada tales como; ecuaciones, tablas de

verdad, procedimientos para máquinas de estados, esquemas, etc. La simulación digital posibilita la depuración de los diseños antes de la programación de los dispositivos. Todo el equipo de diseño se reduce a un software de bajo costo que corre en una PC, y a un programador.

Matriz OR Está formada por una serie de puertas OR conectadas a una matriz programable con fusibles en cada punto de intersección de una columna y una fila, como muestra la figura 5.1. La matriz se programa fundiendo los fusibles para eliminar las variables seleccionadas de las funciones de salida, como ilustra la parte (b). Para cada una de las entradas de la puerta OR sólo queda intacto un fusible que conecta la variable deseada a la entrada de la puerta. Una vez que el fusible está fundido no se puede volver a conectar.

Matriz AND. Este tipo de matriz está formado por puertas AND conectadas a una matriz programable con fusibles en cada punto de intersección como muestra la figura 5.2. Al igual que la matriz OR se programa fundiendo los fusibles para eliminar las variables de las funciones de salida, como muestra la parte (b).

Programmable Logic Array (PLA) Un arreglo lógico programable tiene la misma función que una memoria ROM. Un PLA con n entradas y m salidas puede realizar m funciones de n variables. La organización interna del PLA es diferente que la de la memoria ROM. El decodificador de la memoria ROM es remplazado con un arreglo de AND´s el cual realiza los productos de los términos seleccionados por las variables de entrada. El arreglo de ORs suma los productos de los términos necesarios para formar las funciones de salidas, por lo que un PLA implementa una expresión de suma de productos, mientras que una ROM implementa directamente la tabla de verdad. La tabla de verdad utilizada para las memorias ROM, cada renglón representa un mintérminos, por lo que cada una será seleccionada por la combinación de entrada. Por otra parte, cada renglón en la tabla de los PLA, representa un producto, por lo que por cada combinación de entrada pueden seleccionarse cero, uno o más renglones. Las PLA probablemente tienen la mayor flexibilidad frente a otros dispositivos con respecto a la lógica funcional. Normalmente poseen realimentación desde la matriz OR hacia la matriz AND que puede usarse para implementar máquinas de estado asíncronas

Programmable Array Logic (PAL) Programmable Array Logic (PAL), es un dispositivo en el cual su estructura está conformada principalmente en que cualquier función lógica puede ser descrita por sumas de productos lógicos. De ahí su composición, por una matriz de entrada formada por una compuerta AND directamente conectada con una serie de compuertas AND y OR.

Esta matriz es completamente programable, que permite configurar el producto lógico con cualquier combinación. Estas programaciones solo se podían hacer solo una vez, por lo tanto, no podían ser reutilizados ni actualizados luego de su programación inicial.

La mayor diferencia entre estos tipos de PLD´s es que en el PLA el plano AND y el plano OR son programables y en el PAL el plano AND es programable y el OR es fijo. PLA

PAL

La ventaja que tienen los PAL sobre los PLA es que es más barato comparado con el PLA más general y el PAL es más sencillo para programar. Por esta razón, los diseñadores lógicos usan frecuentemente PALs para remplazar compuertas lógicas individuales cuando hay muchas operaciones lógicas para realizar.

Cuando se está diseñando con PALs, se tienen que simplificar las ecuaciones lógicas e intentar que queden en una o más de los PALs disponibles. A diferencia de los PLAs más generales, los términos de los AND no pueden ser compartidos con dos o más compuertas OR. Para los PAL, el número de términos de AND que alimentan cada salida OR es fija y limitada.

Existe una gran variedad de PALs cada una de las cuales se identifica mediante una referencia. Esta referencia siempre comienza con el prefijo PAL. Los dos primeros dígitos que siguen indican el número de entradas. La letra siguiente indica el tipo de salida: L = LOW (activa a nivel bajo), H = HIGH (activa a nivel alto) y P = polaridad programable. Y los últimos dos dígitos designan el número de salidas. Por ejemplo, PAL10L8 designará a una PAL de 10 entradas activas a nivel bajo y 8 salidas. Esta referencia, además, puede llevar subíndices que especifican la velocidad, tipo de encapsulado y el rango de temperatura.

Los PALs también pueden contener flip flops D con sus entradas provenientes del arreglo combinacional. Estos se llaman PALs secuenciales. Los PALs fueron desapareciendo con el desarrollo de otros dispositivos, como GALs, CPLDs y FPGAs. Por lo general se usa algún lenguaje de "alto nivel" (como CUPL o ABEL) que describe las ecuaciones lógicas deseadas, y posteriormente se lo compila (mediante pasos de optimización y minimización) a un archivo JEDEC, que posee la información sobre qué fusibles internos quemar. Un entorno de desarrollo y simulación gratuito es WinCUPL de Atmel.

Cuanto más complejo es un circuito, más probabilidades hay de que alguna de sus partes falle. Puesto que los PLDs reducen el número de chips en los sistemas, la probabilidad de un fallo disminuye. Los circuitos impresos con menor densidad de CI son más fáciles de construir y más fiables. Las fuentes de ruido también se reducen.

Ventajas del uso de PLD’s. • Reducción de retardos de propagación de las lógicas. • Reducción del número de puntos de soldadura y de cables o pistas. Con ello se logra aumentar la confiabilidad. • Facilidad para cambiar el diseño. • Menor número de circuitos integrados, y, por ende, disminución del consumo de energía y de las fuentes posibles de ruido y aumento de la confiabilidad del circuito.

• Menor superficie ocupada en la placa. • Protección del diseño (fusible de seguridad). • Su tiempo de propagación ronda los 5 a 10 ns, equivalente al de las compuertas que puede reemplazar; pero con una sola PLD se pueden reemplazar varios niveles o retardos de compuertas. • Facilidad de diseño y montaje. • Reducción de la variedad de circuitos integrados usados en el circuito, disminuyendo su costo de producción seriada. • Optimización del diseño a bajo costo.

Limitaciones de las PLD’s. • Las PAL son OTP, es decir, sólo se pueden programar una vez. • Su precio es un poco mayor a las compuertas simples o compuestas. • No se encuentran comúnmente en tiendas comerciales de electrónica. • Dado que el número de mintérminos es limitado, algunas lógicas necesitarían varios PLD’s para ser implementadas y quizás resulta más simple y menos costoso implementarla con compuertas.

Características que evaluar: • Número de entradas. • Número de salidas. • Número de líneas de E/S. • Polaridad de salida. • Salidas combinacionales. • Salidas XOR. • Salidas de registro (R-S, J-K, D o T; en general D). • Salidas TRI-STATE. • Número de minitérminos. • Realimentación de salidas. • Macroceldas.

Aplicaciones Prototipado Rápido: Diseño de bloques propietarios (IP CORES), ejemplo: PCI, DCT, FFT, etc. Productos: Tecnología aeronáutica: Control de fuentes de alimentación control de alarmas y señalización del piloto. Inclinación de trenes para tomar curvas Aeropuerto Routers, estaciones bases HDTV Aplicaciones que requieren alta capacidad de computo Productos capaces de actualizarse después de la venta NASA misión Pathfinder de Marte en 1997 (FPGA especial) Empresas en España: SIDSA, INDRA Empresas en Argentina Conversores de código (por ejemplo, de binario a gray o viceversa) Conversores de binario a 7 segmentos (que también muestren las letras A-F) Verificadores de paridad y chequeo de errores Distintos tipos de contadores y registros Controladores de memoria y E/S para microprocesadores Tablas predefinidas (LUT)

Referencias http://www.uhu.es/rafael.lopezahumada/Cursos_anteriores/fund97_98/plds.pdf http://www.pablin.com.ar/electron/cursos/intropld/index.htm http://www1.frm.utn.edu.ar/tecnicad1/_private/Apuntes/PLD.pdf file:///C:/Users/Karen %20Leon/Downloads/APRENDA_PLDs_PRINCIPIOS_Y_APLICACIONES _E.pdf

http://bioingenieria.edu.ar/academica/catedras/electronica_digital/archivos/teorias/pld s.pdf http://www.gatestudymaterial.com/study-material/digital%20ciruits/text %20books/Fundamentals%20of%20Logic%20Design%206th%20Charles %20H.Roth.pdf http://gzalo.com/pld/ http://ac-isei2a.blogspot.mx/p/plds.html https://www.infor.uva.es/~jjalvarez/asignaturas/fundamentos/apuntes/digital/Tema4_ memorias.pdf http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/jspui/bitstream/132.248.52.100/658/8/A8.pdf...