UNIDAD 1. INTRODUCCIÓN A LOS DISPOSITIVOS LÓGICOS PROGRAMABLES (PLDs)

Transcripción

1 UNIDAD 1 INTRODUCCIÓN A LOS DISPOSITIVOS LÓGICOS PROGRAMABLES (PLDs) Tecnologías de diseño de sistemas digitales Definición y aplicaciones de los PLDs Tipos de PLDs Tecnologías de configuración de los PLDs Herramientas y métodos de diseño con PLDs Vendedores de lógica programable Tendencias tecnológicas M. en C. Daniel Pacheco Bautista Universidad del Istmo Oaxaca, México 2014

2 Tecnologías de diseño de sistemas digitales

3 Sistema digital (SD) Un sistema digital es una colección de circuitos lógicos trabajando armónicamente para lograr una función especifica

4 Características de un SD Un sistema digital puede contener miles e incluso millones de compuertas lógicas Puede contener: Lógica combinacional Lógica secuencial Dispositivos de memoria Aplicaciones: Procesamiento de información Control de procesos Comunicaciones

5 Alternativas para el diseño de SDs

6 Eligiendo la mejor alternativa Dadas las especificaciones de un SD es necesario elegir la mejor alternativa para implementar el mismo, considerando: Complejidad del diseño Restricciones del peso Limitantes de costo Fuente de potencia Tiempo del diseño Consumo de potencia Proveedores de componentes Experiencia previa Entrenamiento requerido Tamaño y volumen

7 Encapsulados de los CI digitales El mismo chip suele venir encapsulado en diferentes formas, es necesario conocer las más importantes: *Una lista completa de encapsulados será proporcionado por el profesor

8 Familias de CI digitales Cada familia de CI posee características diferentes en cuanto a consumo de potencia, velocidad, niveles de integración, etc., las más importantes son: TTL: Transistor-Transistor Logic (bipolar) ECL: Emitter-coupled logic (bipolar) CMOS: Complementary metal oxide semiconductor BiCMOS: Bipolar y CMOS

9 La tecnología CMOS La tecnología CMOS es la más utilizada debido a su bajo consumo de potencia y alta densidad de integración teniendo las siguientes variantes: CMOS estática CMOS dinámica CMOS con compuertas de transmisión

10 Variantes de la familia TTL

11 Variantes de la familia CMOS

12 Variantes de la familia CMOS de Bajo voltaje

13 Ejemplos de estándares de I/O

14 Niveles de integración en CI Son de uso común pero no estandarizadas los siguientes acrónimos: ULSI: Ultra-large scale integration WSI: Wafer scale integration

15 Definición y aplicaciones de los PLDs

16 Dispositivos lógicos programables Un PLD es un circuito integrado que contiene celdas lógicas digitales e interconexiones programables Interconnection Switches La idea básica con estos dispositivos es permitir al diseñador formar un circuito digital completo dentro de un único chip de una forma rápida y económica. I/O Block Logic Block

17 Aplicaciones de los PLDs Circuitos de interfase Control de sistemas Controladores gráficos Controladores LAN Simulación Hardware Procesamiento digital de señales: Filtros Procesamiento de imágenes Diferentes aplicaciones medicas: Tomografía, tractografía Depuración de circuitos ASIC Coprocesadores Matemáticos Controladores de memoria Codificación y compresión Encriptación

18 Lógica programable contra lógica discreta (1) LOGICA DISCRETA Diseños pequeños requieren modificación LOGICA PROGRAMABLE que no Diseños pequeños o grandes que requieran o no modificación Diseños finales o prototipos Diseños finales o prototipos Pueden ser diseñados a mano usando mapas K Se diseñan utilizando HDLs Para una familia particular de dispositivos el estándar i/o es fijo Los códigos se pueden reutilizar Un mismo PLD puede manejar diversos estándares i/o

19 Lógica programable contra Procesadores PROCESADORES LÓGICA PROGRAMABLE Se programan Se configuran Su naturaleza es secuencial Fomentan el paralelismo Aplicaciones donde los cálculos son complejos Aplicaciones donde los cálculos son simples

20 Tipos de PLDs

21 Tipos de PLDs SPLD = Simple Programmable logic device PLA = Programmable logic array PAL = Programmable array of logic GAL = Generic Array Logic CPLD = Complex Programmable logic device FPGA = Field Programmable logic device

22 PLA: Arreglo lógico programable Consiste de 2 planos programables uno AND y el otro OR. Basa su configuración en memorias PROM por lo que pueden programarse solo una vez. Algunas versiones permiten que las salidas se realimenten por lo que además de lógica combinacional puede implementarse lógica secuencial.

23 PAL: Arreglo programable de lógica Similar al PLA excepto que únicamente el plano AND es programable. Pierde flexibilidad Mejora en velocidad (Elimina los retardos del plano OR)

24 GAL: Lógica de arreglo genérico Contiene un plano AND programable y en lugar del plano OR incluye una macro-celda programable conteniendo biestables y compuertas. Utiliza tecnología EEPROM lo que permite configurar el dispositivo muchas veces.

25 CPLD: Dispositivo lógico programable complejo El CPLD consiste de bloques de I/O, interconexiones programables y bloques lógicos cada uno conteniendo una macro-celda y un PLA o un PAL La macro-celda contiene circuitería para proveer salidas registradas y no registradas (biestables, multiplexores, etc )

26 FPGA: Field programmable gate array El FPGA esta basado en un arreglo regular de celdas lógicas programables rodeadas c/u de una matriz de interconexiones programables, además de celdas de I/O también programables. Pueden incluir además: Memorias, Multiplicadores e incluso procesadores en el mismo chip.

27 Tecnologías de configuración

28 Memoria volátil La configuración es almacenada en memorias SRAM Se des-configuran al quitar la energía

29 Memoria no volátil La configuración es almacenada en: Anti-fusibles Memorias EPROM Memorias EEPROM Memorias Flash Estas tecnologías reconfigurables permiten el desarrollo de sistemas

30 Vendedores de lógica programable

31 Vendedores de lógica programable

32 Metodología y herramientas de diseño

33 Metodología de diseño

34 Herramientas de desarrollo PLD

35 Tendencias tecnológicas

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