INTRODUÇÃO
1.
Definição
Dispositivos lógicos programáveis ou PLDs (programmable logic devices)
são dispositivos utilizados para implementar funções lógicas. Os
dispositivos PLDs são programados via softwares especiais fornecidos pelos próprios
fabricantes desses produtos.
A programação é feita
por meio de campos elétricos induzidos no dispositivo.
Por PLD se entende todo circuito de lógica digital configurado pelo usuário
final, incluindo simples, baixa densidade, PALs, FPGA (field programmable gate
array) , e complexos PLDs (conhecidos como
CPLDs).
2.
Evolução
No início da década de 80,
simples PLDs eram utilizados na implementação de múltiplos dispositivos lógicos
discretos. Hoje em dia, PLDs integram em um único dispositivo grande quantidade
de blocos capazes de implementar muitas funções lógicas, e são também
geralmente preferidos do que os circuitos integrados de aplicações específicas
(ASICs) ou produtos padrões de aplicações específicas (ASSPs). Um
dispositivo ASIC é desenhado para atender às características solicitadas pelo
projetista de circuitos e terá seu uso exclusivo em tal finalidade, ou seja, é
um dispositivo dedicado.
O alto volume de
dispositivos PLDs confeccionados reduz o custo por unidade. Outro fator que faz
com que PLDs tenha seu custo de confeccionamento reduzido é a utilização de
novas tecnologias.
Hoje em dia é possível encontrarmos no mercado PLDs com integração,
densidade, performance, e custo equivalentes ao de um dispositivo não programável,
como por exemplo um ASIC.
Tais
fatores, combinados com tempo de produção e flexibilidade na programação
ajudam a manter o crescimento do uso de PLDs de alta densidade no
desenvolvimento de sistemas eletrônicos.
PLDs são oferecidos em diferentes arquiteturas, e uma variedade de
elementos de memória são disponíveis para a configuração do dispositivo.
A combinação de todas as características citadas anteriormente
(flexibilidade, velocidade, etc),
faz dos PLDs ideais soluções para as aplicações da eletrônica de hoje em
dia.
Os PLDs são
confeccionados em lógica CMOS, o que garente características de
confiabilidade.
Com
a densidade dos PLDs chegando a 250.000 portas (para os mais modernos), é possível
projetar subsistemas inteiramente digitais com um único dispositivo PLD.
A estrutura interna de
um PLD é baseado em um array que conecta os barramentos aos blocos lógicos,
aos pinos de entrada e saída, e aos blocos de memória.
Os PLDs, em princípio, possuiam apenas um único bloco lógico (que
realizava globalmente as operações), conectado aos pinos de entrada e saída
do dispositivo. Com o aperfeiçoamento da tecnologia de fabricação, esses
dispositivos receberam uma estrutura de interconexões programáveis, que viriam
flexibilizar mais ainda o programação. A evolução trouxe uma otimização do
aproveitamento de espaço, aumentando ainda mais as interconexões do array de
blocos lógicos.
3.
Tipos de dispositivos e programação
Os PLDs simples usam tecnologia
CMOS e oferecem elementos de memória do tipo EPROM, EEPROM, e memória FLASH, e
englobam os PALs, GALs, e outros componentes.
Os HCPLDs ( dispositivos
lógicos programáveis de alta capacidade ), oferecem mais de 600 portas disponíveis
e também utilizam tecnologia CMOS com memória
EPROM, EEPROM, FLASH, SRAM, e opções anti-fusível. Por HCPLDs entendem-se os
dispositivos FPGA e CPLD.
Esses últimos
dispositivos são programáveis e reprogramáveis, sendo esta última característica
uma vantagem a mais para os projetistas de circuitos lógicos.
Os dispositivos cuja programação é baseada em anti-fusível não podem
ser reconfigurados. Isso é uma desvantagem, mesmo sendo possível fazer a
simulação do circuito no computador, porque os projetistas frequentemente
precisam testar o hardware ou incorporar mudanças inesperadas ao projeto. Com
os elementos anti-fusível (que são programáveis uma única vez), tais testes
não poderão ser feitos, e muito menos correções e modificações no projeto,
o que pode siginificar num disperdício de volumosa quantidade de capital.
Para
realizar a programação desses dispositivos existem vários softwares que são
desenvolvidos pelos próprios fabricantes de PLDs e fornecidos aos projetistas,
de acordo com o elemento a ser programado.
3.1. Tecnologica de fabricação
da EPROM
A tecnologia EPROM utiliza uma porta isolada entre a porta normal do CMOS (gate) e a região fonte/dreno do transistor. Essa porta pode ser carregada com elétrons durante o processo de programação, mantendo o transistor em corte ( turn off ). O estado dessa porta isolada é permanente porque ela é separada do restante do transistor por uma camada de óxido extremamente puro. A carga da porta isolada pode ser removida somente se for irradiada luz ultra-violeta no elemento. Essa luz permite que elétrons se recombinem, descarregando a porta. Tal processo é repetitível e pode ser utilizado durante o processamento do dispositivo PLD, repetidamente se necessário, para assegurar funcionalidade na programação e boa performance, e que a implementação de um design seja fácil. Assim diminui o ciclo de desenvolvimento do circuito.
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