6.1 Основные физические принципы программирования плм и плис
На рис.6.1 приведен пример простой программируемой функции с двумя входами a и b и одним выходом y.
При наличии перемычек на входы схемы совпадения ( операция И) могут подаваться входные сигналы в прямом и инверсном виде. При отсутствии какой-либо перемычки на соответствующий вход схемы совпадения через нагрузочный резистор поступает логическая 1. Различные способы программирования различаются физическими принципами установления перемычек.
Рис.6.1. Простая программируемая функция
6.1.1 Метод плавких перемычек
При использовании метода плавких перемычек устройство изготавливается со всеми перемычками (рис.6.2), которые разработчик может выборочно удалять ( прожигать), подавая на входы устройства импульсы относительно высокого напряжения и большого тока. Если, например, удалить из схемы на рис.6.2 перемычки Faf и Fbt ( рис.6.3), то устройство будет формировать функцию
Процесс удаления перемычек называют процессом программирования ( прожигания) устройства. Устройства, конфигурирование которых основано на методе плавких перемычек, являются однократно программируемыми устройствами, так как после прожига плавкая перемычка не может быть восстановлена.
Рис.6.2. Заполнение устройства незапрограммированными плавкими перемычками
Рис.6.3. Плавкие перемычки после программирования
6.1.2 Метод наращиваемых перемычек
Данный метод прямо противоположен методу плавких перемычек. В незапрограммированном состоянии в устройстве присутствуют все перемычки, но они имеют столь высокое сопротивление, что их можно рассматривать, как разомкнутую цепь. Наращиваемая перемычка первоначально представляет собой микроскопический столбец аморфного ( некристаллического) кремния, связывающего два металлических проводника. Наращивание перемычки ( программирование) осуществляется путём преобразования аморфного кремния-изолятора в токопроводящий поликристаллический кремний с помощью подаваемых на входы устройства импульсов относительно высокого напряжения и большого тока. Например, если нарастить перемычки в цепи инвертированного входа a и прямого входа b, то устройство будет реализовывать функцию ( рис.6.4)
Рис.6.4. Наращиваемые перемычки после программирования
Однажды выращенная перемычка не может быть разрушена или возвращена в исходное состояние. Поэтому устройства, конфигурирование которых основано на методе наращиваемых перемычек являются однократно программируемыми.
6.1.3 Устройства, программируемые фотошаблоном
Фотошаблоны
используются для создания транзисторов
и соединяющих их на кремниевом кристалле
металлических проводников, которые
называются слоями металлизации, а сам
процесс программирования ещё называют
масочным программированием. Рассмотрим,
например, транзисторную ячейку постоянного
запоминающего устройства (ПЗУ), которая
может хранить один бит данных ( рис.
6.5).
Рис.6.5. Транзисторная ячейка ПЗУ, программируемая фотошаблоном
Стандартное устройство ПЗУ состоит из некоторого количества строк
( адреса) и столбцов ( данные), которые вместе образуют массив данных. К каждому столбцу подключен один нагрузочный резистор, который позволяет поддерживать на выводе столбца уровень логической единицы, а в каждом пересечении строки и столбца присутствует транзистор и, при необходимости, перемычка. Наличие/отсутствие перемычки задаётся фотошаблоном. Программирование ПЗУ с помощью индивидуально изготовленного шаблона состоит в том, что с его помощью определяются ячейки с перемычками и ячейки без перемычек.
При подаче активного сигнала на проводник строки все, подключённые к ней транзисторы, переводятся в открытое состояние. В случае, когда ячейка содержит запрограммированное по фотошаблону соединение, открытый транзистор этой ячейки будет соединять проводник столбца с уровнем логического 0. И наоборот, если в ячейке нет запрограммированного соединения, транзистор не будет вносить какого-либо действия и через нагрузочный резистор, подсоединённый к столбцу, на выход микросхемы будет поступать уровень логической 1.
Масочное программирование используется для программирования ПЗУ и реализации простых логических функций в виде таблиц истинности.
Недостатком устройств, программируемых фотошаблоном, является высокая удельная стоимость производства при малом тираже и неудобство использования при необходимости часто менять конфигурацию компонентов.