Программируемые логические матрицы

Программируемые логические устройства имеют матричную структуру и шинную организацию элементов (каждый элемент соединяется с вертикальными и горизонтальными шинами). В ПЛУ используются программируемые матрицы И, ИЛИ и их комбинации:

• непрограммируемое И – программируемое ИЛИ;

• программируемое И – непрограммируемое ИЛИ;

• программируемое И – программируемое ИЛИ.

Существует две разновидности программируемых логических устройств:

1. программируемые в условиях производства специализированных БИС на основе кристаллов-полуфабрикатов с помощью одного заказного фо­тошаблона по технологии, подобной технологии изготовления матрич­ных БИС;

2. программируемые потребителем-изготовителем аппаратуры «загрузкой» (введением информации) внутренних регистров или физическим воздей­ствием на отдельные элементы матриц (пережигание перемычек, пробой диодов, изменение режимов работы полупроводниковых приборов).

Логические устройства, программируемые потребителем, являются универ­сальными микроэлектронными устройствами, которые «настраиваются» на за­данную функцию с помощью автоматических программаторов.

В практике широко используются такие разновидности ПЛУ, как програм­мируемые логические матрицы (ПЛМ) и программируемые постоянные запоми­нающие устройства (ППЗУ).

Применение ПЛМ позволяет уменьшить количество логических элементов и связей в логических устройствах, что особенно важно для регулярных структур, реализуемых на кристаллах БИС.

Таблица 1.

Классификация ПЛМ

Тип ПЛМ	Способ программирования	Программируемый элемент	Возможность вы­борочной электри­ческой перезаписи
ПЛМ, МаБИСРС	Маской металла	Контакт к выводу (области) транзистора (диода)	Нет
	Маской контактных пленок в оксидной пленке	То же	«»
	Маской окон для тонкого оксида	Затвор МОП-транзистора	«»
	Электрический	Металлическая, поликремниевая, диэлектрическая перемычка, p-n переход	«»
	Лазерным лучом	Металлическая перемычка	«»
РПЛМ,	Электрический	МНОП-транзистор	Есть
МаБИСПА		Лавинный МОП-транзистор	Нет (возможно полное стирание)
		Лавинный МОП-транзистор с насыщением	Есть
РПЛМ	Электрический	Аморфный полупроводник	«»

Р

Рис.3. Фрагмент диодной ПЛМ

азработаны и применяются однократно программируемые ПЛМ и много­кратно программируемые – репрограммируемые ПЛМ (РПЛМ). Развиваются ме­тоды проектирования и производства матричных БИС с реконструируемыми со­единениями (МаБИСРС) и с программируемой архитектурой (МаБИСПА) – суб­системы на пластинах. Классификация ПЛМ приведена в табл.1.

Программируемые логические матрицы с масочным программированием

Программирование с использованием масок (фотошаблонов) металлизации или контактных окон в оксиде широко применяется в ПЛМ на основе биполяр­ных транзисторов и диодов.

Н

Рис.4. Фрагмент ПЛМ на БТ

а рис.3 показана схема соединений элементов в диодной ПЛМ. Входные сигналы положительной полярности подаются на входы а – е, произведения М₀ – М₂ снимаются с нагрузочных резисторов R. Пре­имуществами диодных матриц являются простота и малая занимаемая на кристалле площадь, а недостат­ком – значительные токи, потребляемые по входам матрицы.

Использование многоэмиттерных транзисторов вместо диодов позволяет существенно уменьшить входные токи (в B_N раз, B_N –нормальный коэффициент передачи тока транзистора) и повысить быстродейст­вие ПЛМ. На рис.4 представлена схема фрагмента ПЛМ на биполярных многоэмиттерных транзисторах.

Матрицы на основе МОП-транзисторов обеспе­чивают наиболее высокую плотность компоновки эле­ментов, имеют минимальную потребляемую мощность, однако уступают по быстродейст­вию матрицам на биполярных транзисторах.

Достоинством ПЛМ с масочным про­граммированием являются малая площадь и высокая надежность, что обусловило их широ­кое применение в составе специализированных и микропроцессорных БИС. Такие ПЛМ одно­кратно программируются изготовителем в про­цессе производства микросхемы, что сужает область их применения.

Большей гибкостью, особенно при ис­пользовании в периферийных устройствах, об­ладают электрически программируемые ПЛМ, “настройка” которых на реализацию заданных функций выполняется пользователем.