PLD概述

可编程逻辑器件(Programmab1e Logic Device) PLD是电子设计领域中最具活力和发展前途的一项技术。所谓可编程逻辑器件是由用户编程与配置，并且具有较大容量的逻辑芯片的总称。今天PLD器件，能够完成任何数字器件的功能，如基本的组合逻辑电路，甚至高性能的CPU等，都可以用PLD来实现。目前PLD的发展呈现如下类别：

早期的可编程逻辑器件只有可编程只读存贮器(PROM)、紫外线可擦除只读存贮器(EPROM)和电可擦除只读存贮器(EEPROM)三种。由于结构的限制，它们只能完成简单的数字逻辑功能。

其后，出现了一类结构上复杂的可编程芯片，这一阶段的产品主要有PLA（可编程逻辑阵列）、PAL(可编程阵列逻辑)和GAL(通用阵列逻辑)，它能够完成各种数字逻辑功能。典型的PLD由一个“与”门和一个“或”门阵列组成，而任意一个组合逻辑都可以用“与一或”表达式来描述，所以， PLD能以乘积和的形式完成大量的组合逻辑功能。可编程逻辑阵列(PLA)，它由一个“与”阵列和一个“或”阵列构成，这两个阵列的连接关系是可编程的。PLA器件既有现场可编程的，也有掩膜可编程的。 PAL由一个可编程的“与”阵列和一个固定的“或”阵列构成，或门的输出可以通过触发器有选择地被置为寄存状态。 PAL器件是现场可编程的，它的实现工艺有反熔丝技术、EPROM技术和EEPROM技术。在PAL的基础上，又发展了一种通用阵列逻辑GAL (Generic Array Logic)，如GAL16V8、GAL22V10 等。它采用了EEPROM工艺，实现了电可按除、电可改写，其输出结构是可编程的逻辑宏单元，因而它的设计具有很强的灵活性，至今仍有许多人使用。 这些早期的PLD器件的一个共同特点是可以实现速度特性较好的逻辑功能，但其过于简单的结构也使它们只能实现规模较小的电路。为了弥补这一缺陷，20世纪80年代中期。 Altera和Xilinx分别推出了类似于PAL结构的扩展型 CPLD(Complex Programmab1e Logic Dvice)和与标准门阵列类似的FPGA(Field Programmable Gate Array)，它们都具有体系结构和逻辑单元灵活、集成度高以及适用范围宽等特点。 这两种器件兼容了PLD和通用门阵列的优点，可实现较大规模的电路，编程也很灵活。与门阵列等其它ASIC(Application Specific IC)相比，它们又具有设计开发周期短、设计制造成本低、开发工具先进、标准产品无需测试、质量稳定以及可实时在线检验等优点，因此被广泛应用于产品的原型设计和产品生产(一般在10,000件以下)之中。几乎所有应用门阵列、PLD和中小规模通用数字集成电路的场合均可应用FPGA和CPLD器件。CPLD/FPGA属高密度可编程逻辑器件，目前集成度已高达200万门/片，它将掩膜ASIC集成度高的优点和可编程逻辑器件设计生产方便的特点结合在一起，特别适合于样品研制或小批量产品开发，使产品能以最快的速度上市，而当市场扩大时，它可以很容易的转由掩膜ASIC实现，因此开发风险也大为降低。

PLD的特点

PLD是一种可以完全替代TTL系列及CMOS系列的新型电路，只要有数字电路基础，会使用计算机，就可以进行PLD的开发。PLD的在线编程能力和强大的软件开发工具，使设计者可以很短的时间里就可完成以往几周甚至更长时间才能完成的任务，并可将数万门的复杂设计电路集成在一颗芯片内，代替了以往很多电路组合才能完成的工作。PLD技术在发达国家已成为电子工程师必备的技术。PLD如同一张白纸或是一堆积木，设计者可以通过传统的原理图输入法或是硬件描述语言自由的设计一个数字系统，通过软件仿真，可以事先验证设计的正确性，在PCB完成以后，还可以利用PLD的在线修改能力，随时修改设计而不必改动硬件电路。使用PLD来开发数字电路，可以大大缩短设计时间，减少PCB面积，提高系统的可靠性。PLD的这些优点使得PLD技术在90年代以后得到飞速的发展，同时也大大推动了EDA软件和硬件描述语言（HDL）的发展。概括起来，PLD器件的特点如下所述：

1. 提高了系统的集成度

PLD器件较中小规模集成芯片具有更高的功能集成度，一般来说一片PLD器件可替代4～20片的中小规模集成芯片，而更大规模的PLD（如CPLD、FPGA）一般采用最新的集成电路生产工艺及技术，可达到极大的规模，这些器件的出现降低了电子产品的成本和缩小了电子产品的体积。

2. 加快了设计速度

一方面由于PLD器件集成度的提高，减小了电子产品设计中的布线时间及器件的安装时间；另一方面由于PLD器件的设计是利用计算机进行辅助设计的，其可以通过计算机的辅助设计软件对设计的电路进行仿真和模拟，减小了传统设计过程中的调试电路的时间，另外由于PLD器件是可擦除和可编程的，故即使设计有问题修改也是很方便的。

3. 性能优越

由于PLD器件在生产过程中采用了最新的生产工艺及技术，故通过PLD器件的性能优于一般通用的器件，其速度一般比通用器件速度高一到两个数量级，另外由于器件数量的减少，降低的电路的总功耗。

4. 可靠性强

系统的可靠性是数字系统的一项重要指标。根据可靠性理论可知器件的数量增加，系统的可靠性将下降；反之将提高。采用了PLD器件可减少器件的数量，器件的减少还导致PCB的布线减少，同时也减少了器件之间的交叉干扰和可能产生的噪声源，使系统运行更可靠。

5. 成本降低

由于PLD器件的上述优点将导致电子产品在设计、安装、调试、维修、器件品种库存等方面的成本下降，从而使电子产品的总成本降低，提高了产品的竞争力。