Programmierbare Logikbausteine

ZIELE

  • Verständnis der Grundlagen und Architektur von Programmierbaren Digitallogikbausteinen (PDL)
  • Verständnis der Abbildung von booleschen Funktionen auf einfache PDL Architekturen
  • Unterscheidung verschiedener Technologien: ROM, PLD, CPLD, FPGA und ASIC

Programmierbare Logikbausteine

  • Programmierbare Digitallogik (PDL) dient der technologischen Umsetzung und Implementierung von Schaltnetzen, die mit booleschen Funktionen beschrieben werden können, und Register-Transfer-Logik.

  • “Programmierbar” ist hier falscher Terminus, da ein Programm eine Ablaufvorschrift darstellt; besser “anwendungsspezifisch konfigurierbar”.

  • Ausgangspunkt für PDL-Bausteine (oder engl. Programmable Logic Devices PLD) ist die Disjunktive Normalform (DNF) zur Beschreibung von kombinatorischer Logik (SOP) mit M Ausgangsvariablen bzw. Signalen und N Eingangsvariablen:

\[Q_i = P_{1,i} + P_{2,i}+ .. + P_{n,i} \]

wobei Pi,j ein Produktterm ist, bei dem die Ausgangsvariable Qi=1 annimmt.

Programmierbare Logikbausteine

  • Eine disjunktive Normalform besteht aus einer Und-Verknüpfungsebene (-matrix), die die Produktterme Pi,j bildet, und eine Oder-Verknüpfungsebene (-matrix), die die einzelnen Produktterme verbindet.

  • Ein Adressdekoder (1-aus-N Dekoder) besteht aus einer Und-Verknüpfungsmatrix.

    • Geeignet um Produktterme zu bilden, aber alle Produktterme ergeben Ausgangswert = 1!
    • Daher wird Produktterm-selektive Oder-Matrix benötigt.

Charakteristisch für alle PDL Architekturen und Technologien ist eine logische UND-ODER Matrixstruktur

Programmierbare Logikbausteine

figpdl1

Abb. 1. (Links) Technologische Umsetzung der Disjunktiven Normalform (Rechts) 1-aus-4-Dekoder

Programmierbare Logikbausteine: ROM und RAM

  • Ein ROM (Read-Only-Memory) oder RAM (Random Access Memory)-Baustein beinhaltet einen Adressdekoder (Und-Matrix) und eine selektive Oder-Matrix (Multiplexer), die durch die Speicherzellen gebildet wird.