17.2. Двухуровневые программируемые логические матрицы

На рис. 17.3 дана двухуровневая ПЛМ, состоящая из двух матриц: М1 и М2.

Рисунок 17.3 – Двухуровневая ПЛМ: а) схема; б) условное обозначение

Матрица М1 имеет S входов и q выходов. Она позволяет реализовать q элементарных конъюнкций Р₁, ..., Р_q переменных х₁, ... х_S, поступающих на её входы.

Матрица М2 имеет q входов и t выходов. Она позволяет реализовать t элементарных дизъюнкций у₁, ..., у_t переменных Р₁, ..., Р_q, поступающих на её входы с выходов матрицы М1.

Выходы матрицы М1 соединены с входами матрицы М2 и образуют промежуточные шины 1– q ПЛМ.

ПЛМ, имеющая S входов, t и q промежуточных шин, называется ПЛМ (S, t, q).

Разновидностью ПЛМ (S, t, q) является их усовершенствованная модель: ПЛМ (Z, q). В ПЛМ (Z, q) фиксируется лишь два параметра: суммарное число входов и выходов Z = S + t и число промежуточных шин q. Параметры S и t могут приобретать любые конкретные значения при программировании.

Благодаря значительным успехам интегральной технологии появилась возможность реализации БИС с жёсткой и гибкой структурами. Особый практический интерес проявляется к программируемым гибким структурам. Среди них различают БИС, пригодные к программированию на этапе изготовления, и БИС, которые могут программироваться пользователем.

Первые из них – это микросхемы, называемые незавершенными логическими матрицами. Программируют такие ПЛМ программой заказчика на производстве. После изготовления интегральной схемы с использованием масочных технологий перепрограммирование невозможно.

Другие ПЛМ разделяют на две группы: БИС, которые могут программироваться только однократно заказчиком либо пользователем, и БИС с многократным перепрограммированием (перепрограммируемые логические матрицы).

П ерепрограммируемые ЛМ (ППЛМ) более практичны. Это стандартные готовые микросхемы-полуфабрикаты, в которых активные элементы на начальной стадии включены на всех пересечениях матриц через нихромовые перемычки. Такие БИС программируют сами пользователи специальными программаторами пережиганием перемычек импульсом тока. Причем, если переменная х_і входит в терм Р_і в прямой форме, пережигают только одну перемычку, соединяющую терм Р_і с её инверсией , и наоборот: если переменная х_і и её инверсия не входят в терм Р_і, пережигают обе перемычки.

На рис. 17.4 дано условное обозначение микросхемы ППЛМ, где вход FE используется только при программировании и называется входом разрешения пережигания, а вход – разрешением выборки.

Если на входе этой БИС ПЛМ полное число возможных комбинаций составляет 2¹⁶ = 65536, то их число на выходе будет равняться лишь 48. Поэтому из всех входных комбинаций неиспользованных будет 65536 – 48 = 65488. На базе ПЛМ можно строить комбинационные цифровые устройства на довольно простых принципах.

Основным этапом разработки является составление таблицы программирования ПЛМ, которая является инструкцией процедуры пережигания ненужных перемычек в матрицах.

С целью расширения функциональных возможностей использования ПЛМ промышленностью выпускаются её упрощённые варианты, например, программируемые матрицы вентилей, программируемые матрицы логики, программируемые мультиплексоры и т.д.

Любая система Q из N булевых функций L переменных, описывающая поведение комбинационной схемы, может быть тривиально реализована на одной ПЛМ (s, t, q), если выполняются условия L < s, N < t, B < q.