Лабораторний практикум з дослідження цифрових пристроїв на основі САПР MAX+PLUS II, страница 76

7) Для типів ПЛІС, пам’ять конфігурації яких виконується за технологією оперативних запам’ятовувальних пристроїв (ОЗП), у САПР використовується тер­мін Random-access memory (RAM) – „пам’ять із прямим доступом” (ЗП з довільною вибіркою). Тригерні ЗП належать до статичних ОЗП (СОЗП) – StaticRAM (SRAM), тому ПЛІС із тригерною пам’яттю конфігурації позначаються як SRAM-based devices. До таких ПЛІС належать родини ACEX 1K; FLEX 6000, 6000A; FLEX 8000, 8000A; FLEX 10K, 10KA, 10KE; AРEX 20K, 20KC, 20KE; APEX II; ARM-Based Excalibur (мікросхема EPXA10); Mercury та ін. У ПЛІС, що базуються на технології СОЗП, стирання не потрібне, бо в тригерах інформація поновлюється під час її записування, а кількість циклів перепрограмування не обмежена. Процедура зміни конфігурації мікросхем типу SRAM-based, яка полягає в записування нової інформації без стирання старої, називається в САПР конфігуруванням. Проте, на відміну від ПЗП, тригерна пам’ять в ОЗП є енергозалежною: після вимкнення джерела живлення інформація руйнується. Цей недолік подолано шляхом вбудовування в ІС енергонезалежної пам’яті, яка автоматично завантажується до ОЗП конфігурації після вмикання джерела живлення.

ПЛІС фірми Altera типів EPLD і SRAM-based до модифікацій FLEX 10K включно підтримуються САПР MAX+plus II, а подальші розробки, починаючи з AРEX 20K (як і всі попередні) підтримуються САПР Quartus II.

9.1.1.3 Програмовані елементи ПЛІС

Програмованість ІС досягається за допомогою програмованих двополюсників ab, еквівалентних ключам (рис. 9.2, а). Програмування полягає в зміні провідності двополюсника, тобто в переведенні ключа до замкненого або розімкненого стану. Якщо ключ замкнено, відповідний сигнал s_j надходить до входу логічного елемента ЛЕ, а якщо розімкнено – не надходить, отже вихідний сигнал z_i визначатиметься функцією ЛЕ і запрограмованою ключами сукупністю вхідних сигналів. На спрощеному зображенні замкнені ключі позначаються точками на перетині ліній, а розімкнені – відсутністю зв’язків, тому зазначені двополюсники називаються програмованими точками зв’язку (ПТЗ) або в англомовній документації Programmable Interconnection Point (PIP). Кількість ПТЗ залежно від складності ІС може сягати мільйонів. Зупинимося стисло на основних типах ПТЗ, що застосовуються в сучасних ПЛІС.

Перетинки (рис. 9.2, б) використовуються як ПТЗ в одноразово програмованих ІС (див. рис. 9.1). Під час програмування залишають лише необхідні елементи зв’язку ab, а непотрібні усувають перепалюванням топких перетинок імпульсами струму достатньої величини і тривалості. У сучасних ПЛІС із перетинками новітньої технології у вигляді тришарового діелектрика оксид-нітрид-оксид, навпаки, програмувальним імпульсом напруги перетинка пробивається, завдяки чому створюється провідний канал між точками a, b. Перевагою ІС із ПТЗ останнього типу є компактність і низька вартість, а недоліком – доцільність застосування лише в серійному виробництві, коли проект є ретельно відпрацьованим і виготовлені вироби не підлягають модернізації.

Рисунок 9.2

Елементом пам’яті конфігурації сучасних ПЛІС типу EPLD з УФ-стиранням є транзистори типу ЛІЗМОН з плаваючим затвором (ЛІЗМОН – МОН-транзистори з лавинною інжекцією заряду). Плаваючий затвор може бути єдиний або додатковий до звичайного затвору як умовно зображено на рис. 9.2, в). Область між керувальним затвором і каналом, оточена з усіх боків діелектриком, називається плаваючим затвором. Під час програмування напругою на керувальному затворі U_з до цієї області вводиться заряд, що визначає стан транзистора: відкритий транзистор з’єднує точки a, b, а запертий – залишає їх роз’єднаними. Після зняття програмувальної напруги цей заряд здатний зберігатися довгий час (протягом багатьох років), тобто запам’ятовувати конфігурацію ІС. Перед перепрограмуванням виконують стирання інформації в елементі пам’яті УФ-промінням через прозоре віконце в корпусі ІС. Це проміння спричиняє фотоструми і теплові струми, які руйнують заряд плаваючого затвору за кілька десятків хвилин.