En los principios de la electrónica digital

 RESUMEN- En este escrito, abordaremos tópicos relacionados con dispositivos de lógica programable, tal es el caso de los dispositivos lógicos programables (PLD) y la matriz de puertas programables sobre el terreno (FPGA), quienes conforman un pilar fundamental en el desarrollo de la electrónica digital. [pic 1]

I. INTRODUCCIÓN

En los principios de la electrónica digital, antes del desarrollo de la lógica programable, la implementación física de funciones booleanas era únicamente con circuitos integrados para cada compuerta lógica. Esto no generaba problema alguno cuando se trataba de funciones con pocas variables de entrada, pero cuando el número de estas variables aumentaba la implementación de la función demandaba un mayor número de componentes y conexiones diversas, además de la baja resistencia a las altas temperaturas y la velocidad de transmisión de datos, era un camino más largo. Un gran paso en el crecimiento de la electrónica digital fue el desarrollo de la lógica programable, surgieron dispositivos con los que solo necesitabas un circuito integrado para implementar funciones complejas, los PLD y los FPGA, entre otros. Este avance tuvo implicaciones económicas, energéticas y de desarrollo informático, ya éramos capaces de realizar dispositivos cada vez más complejos y pequeños.

II.DESARROLLO DE CONTENIDO

PLD

La lógica programable resulta ser una alternativa eficaz y directa para la implementación de la electrónica digital. Puesto que permite que la programación se realice de forma independiente a la fabricación de dispositivos, además de que reduce los errores en la elaboración de circuitos lógicos, podemos borrar y reprogramar cuando sea necesario, la reducción del espacio físico resulta sumamente considerable y tiene implicaciones económicas y hasta ambientales puesto que la generación de residuos también es reducida. La lógica programable  es posible a través de un PLD.

Un dispositivo lógico programable o PLD, llamado así por sus siglas en inglés (Programable Logic Device), es un circuito integrado cuya principal característica es que ofrecen a los programadores la capacidad de poder implementar cualquier función booleana en un solo circuito integrado. El PLD sin duda ha dado solución a varios problemas cotidianos en la electrónica digital, es por eso que su implementación resulta de sobresaliente importancia.

A continuación enumeraré algunas ventajas de usar PLD:

• PLD representan un menor costo para los fabricantes.
• Pueden remplazar funciones de otros dispositivos lógicos.
• Reducción de espacio en las tarjetas de circuitos impresos.
• Disminución de los requerimientos de potencia, y por consiguiente de consumo energía también.
• Realización de aplicaciones especiales no encontradas en circuitos integrados de funciones fijas.

Los PLD además de ser usados para implantar lógica combinacional, pueden llegar a poseer características de memoria con lo cual se hace posible que sean usados para la elaboración de circuitos secuenciales, como los contadores.

Los PLD están hechos de matrices lógicas programables, las características que posean las matrices de un PLD son las que harán diferencia entre un tipo de PLD y otro. Un matriz programable puede ser definida como una red de conductores que son distribuidos en filas y columnas, un fusible es colocado en cada punto de intersección, estos son los fusibles que en el momento de la programación son fundidos para obtener la función de la salida deseada. En los PLD existen principalmente dos tipos de matrices programables, la matriz OR y la matriz AND. Estas matrices pueden o no ser reprogramables, en eso se basa la clasificación de los PLD.

La matriz OR está formada por una serie de compuertas OR que están conectadas a una matriz programable con fusibles, los cuales se encuentran en cada punto donde la red de conductores posee una unión de filas y columnas. Estos fusibles son los que son quemados o rotos para eliminar las variables seleccionadas de las funciones de salida y así implementar la función. Una vez que el fusible está fundido no se puede volver a utilizar, aunque esto no ocurre en todos los casos pero es muy común que esto sea así.

Por otra parte la matriz AND está formada de una forma muy similar a la matriz OR, contiene una serie de compuertas AND dan con una matriz programable con fusibles, estos fusibles son programados de la misma forma que la otra matriz, fundiéndolos para eliminar las variables de salida que nos son deseadas. La matriz AND puede programarse  solo una vez a menos que se trate un caso particular de PLD.

Básicamente la estructura de un PLD consta de las entradas, un plano OR, un plano AND y las salidas. Según las características que posean los planos, los PLD pueden ser clasificados. La ordenación fundamental de los elementos internos es su arquitectura, esta proporciona al dispositivo sus características de operación específicas. A continuación presento los principales tipos de PLD.

La ROM, (memoria de máscara programable sólo de lectura). Es programado por el fabricante, aunque se encuentra en desuso del 2007 puesto que fue sustituida, era muy tediosa la labor de reprogramar. Se subdivide en tres tipos: PROM, EPROM y EEPROM.

La PROM (memoria programable de sólo lectura) está compuesta por un matriz AND fija y una matriz OR programable. Esta constitución la pone en desventaja contra otras, es usada principalmente como memoria direccionable. Una memoria direccionable es aquella usada principalmente en búsquedas, el usuario propone el tipo de archivo y la memoria busca si se encuentra en alguna ubicación.

La EPROM (Memoria programable y borrable de solo lectura) es un dispositivo programable por el usuario, constituido de la misma manera que el PROM, la diferencia es que se borra utilizando un aparato que emite rayos ultravioleta.

EEPROM (memoria programable y borrable eléctricamente de sólo lectura) puede ser programada y borrada, solo que en lugar de borrarse con rayos UV, se hace electrónicamente.

Eso respecto a los ROM, ahora hablemos sobre los PAL.

El PAL contiene la matriz AND programable  y a la matriz OR fija con la lógica de salida. Este dispositivo está hecho para superar al PLA que sufre de grandes retardos.  El  PAL tiene a su vez un tipo de dispositivo llamado GAL. Podríamos decir que el GAL es como la evolución de este tipo de dispositivos.

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