Introduccion A Los Pld

DISPOSITIVOS LÓGICOS PROGRAMABLES

I. Introducción.

En el diseño electrónico actual uno de los parámetros más importantes a considerar es el tamaño de la tarjeta y por lo tanto, el número de componentes utilizados; por lo cual se han desarrollado un gran número de dispositivos programables. En el caso del diseño lógico se tiene un número considerable de posibilidades de circuitos programables, sin embargo, los más populares son los Dispositivos Lógicos Programables (PLD’s); esto principalmente debido al bajo costo, tanto del circuito como de las herramientas necesarias para el diseño. En general, un dispositivo lógico programable es un término genérico referido a cualquier tipo de circuito integrado que puede ser configurado por el usuario para una implementación particular. El dispositivo programable ha jugado rol cada vez mayor en el diseño de circuitería digital proporcionando flexibilidad de configuración para una variedad de aplicaciones. Es por esta razón, que en este curso se hace una descripción del funcionamiento de los dispositivos lógicos programables y de las características de diseño que hay que tomar en cuenta.

Este tema está dividido en dos partes: Arquitectura de los PLD's y Diseño con PAL's. En la primera parte se hace una descripción de las ventajas que tiene el diseño con PLD's, la terminología y los diferentes tipos de PLD's existentes. Posteriormente se describirán los dispositivos "Lógicos de Arreglos Programables (PAL’s)", sus diferentes tipos y la nomenclatura utilizada.

La segunda parte, trata las características de diseño que hay que considerar para trabajar con los PAL's. Esta parte, a su vez subdividida en: Principios de Diseño y Compilador CUPL. El primero se enfocada a describir los pasos requeridos para el diseño con PAL's y la generación del mapa de fusibles de una manera totalmente manual. El segundo describe el compilador CUPL como método automático de generación del mapa de fusibles.

II. Arquitectura de los PLD's.

2.1. Introducción.

Como se mencionó anteriormente el término dispositivo lógico programable es un término genérico utilizado para describir a dispositivos lógicos configurables. La figura 1 muestra las diferentes posibilidades de dispositivos lógicos programables. Por un lado se muestra la posibilidad de utilización de lógica estándar; como lo son los circuitos TTL, CMOS, ECL, etcétera, y por otro lado los Circuitos Integrados de Aplicación Específica (ASIC – Application Specific Integrate Circuit). Los ASIC’s son dispositivos lógicos programables, sin embargo, el término (PLD) se utiliza únicamente para describir un tipo particular de ASIC. Otros ASIC son los Arreglos de Compuertas (Gate Arrays), los Circuitos Integrados (IC) basados en celdas y los CI “Totalmente Personalizados” (Full Custom).

Figura 1. Familias de dispositivos lógicos programables.

• Circuitos Integrados “Totalmente Personalizado”. Son CI que se diseñan completamente para satisfacer las necesidades particulares de un cliente. Estos se diseñan desde cero, por lo cual requiere de ingenieros de diseño que se encargan de diseñar todas las celdas lógicas, los circuitos y el trazo del circuito. Uno vez realizado el diseño se generan una “máscara” por cada capa requerida para fabricar el circuito. Las ventajas de este tipo de diseño lógico son: flexibilidad completa y alto grado de optimización en el desempeño y en área de semiconductor. Como contraparte sus desventajas son la gran cantidad de esfuerzo de diseño y su costo.

• Circuitos Integrados Basados en Celdas Estándar. Para realizar este tipo de circuitos se utilizan celdas lógicas prediseñadas, precaracterizadas y preprobadas, las cuales se seleccionan de una biblioteca de celdas estándar como “bloques de construcción”. El trazo del circuito; que involucra la localización de cada bloque y el alambrado requerido, es personalizado. Como en el caso del diseño totalmente personalizado, todas las máscaras necesarias para fabricar el nuevo circuito son personalizadas. Sus ventajas son: ahorra dinero y tiempo de diseño, y reduce el riesgo comparado con el diseño totalmente personalizado. La figura 2 muestra de manera esquemática la manera en que se construye este tipo de circuitos. En la parte inferior de la figura se observa la biblioteca de celdas disponibles para el diseño y en la parte superior como se integran para construir el circuito.

Figura 2. Diseño de CI basados en Celdas Estándar

• Circuitos Integrados Basados en Arreglos de Compuertas. Para el diseño

...