CI-LSI-y-SPLD

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES

CIRCUITOS INTEGRADOS LSI, SPLD Y SUS APLICACIONES INTEGRANTES:

Morales Lindao Lorena Tumbaco Menoscal Cristhian

CIRCUITOS DIGITALES PROFESOR:

Ing. Silvia Tejada CURSO: S4B Contenido OBJETIVOS........................................................................................................... 3

Objetivo General................................................................................................... 3 Objetivos específicos............................................................................................. 3 JUSTIFICACIÓN DEL TEMA.................................................................................... 3 MARCO TEORICO.................................................................................................. 4 Circuito Integrado LSI............................................................................................ 4 Funcionamiento Técnico...................................................................................... 4 Evolución y Fabricación del Circuito Integrado..........................................................4 Productos......................................................................................................... 4 Circuito Integrado SPLD......................................................................................... 4 Funcionamiento Técnico...................................................................................... 5 Evolución y Fabricación del Circuito Integrado..........................................................7 Productos......................................................................................................... 8 CONCLUSIONES.................................................................................................... 9 RECOMENDACIONES............................................................................................ 9 BIBLIOGRAFÍA................................................................................................... 10 CUESTIONARIO.................................................................................................. 11 ANEXOS............................................................................................................. 12

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OBJETIVOS Objetivo General Estudiar los circuitos integrados LSI y SPLD mediante la revisión de información para poder comprender esta tecnología e implementarla los conocimientos en la materia de Circuitos Digitales.

Objetivos específicos   

Revisar información sobre los circuitos integrados LSI y SPLD. Reconocer el funcionamiento lógico de ambos circuitos Comprender su evolución y fabricación.

JUSTIFICACIÓN DEL TEMA La presente investigación se enfocará en estudiar los circuitos integrados LSI y SPLD, donde se detallarán sus conceptos, su evolución, fabricación y también el funcionamiento de dicho circuito integrado. Por otra parte, se detallará su tecnología, todo con el fin de comprender el tema de manera clara y obtener el conocimiento necesario de la materia.

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MARCO TEORICO Circuito Integrado LSI Large Scale Integration LSI: Integración a Gran Escala a esta escala pertenecen todos aquellos integrados que contienen más de 100 puertas lógicas (lo cual con lleva unos 1000 componentes integrados individualmente), hasta las mil puertas. Estos integrados realizan una función completa, como es el caso de las operaciones esenciales de una calculadora o el almacenamiento de una gran cantidad de bits. (Martìnez, 2005) El desarrollo combinado de la teoría de los bloques funcionales y las técnicas micro eléctricas condujo a los circuitos de gran escala de integración (LSI), que poseen un numero de puertas comprendido entre 100 y 1000, y dio lugar al nacimiento del microprocesador. Algunos sistemas digitales son adecuados para el diseño del LSI con componentes tales como la unidad de proceso, el secuenciador del microprograma y la unidad de memoria. Estos sistemas pueden ser micro programados para adecuarse a especificaciones requeridas. El método del microprograma opera a nivel de transferencia entre registros y debe especificar cada micro operación en el sistema. La organización del LSI micro programado usa menos CI que la configuración como MSI. El número de CI puede reducirse aún más si el sistema digital es adecuado para ser construido con componentes LSI del microcomputador. Estos componentes pueden ser clasificados por funciones de la siguiente manera: 1.- Un microprocesador, el cual es una unidad central de proceso (CPU) encapsulado en una pastilla LSI. 2- La memoria de acceso aleatorio (RAM) y la memoria de solo lectura (ROM) o circuitos que pueden combinarse para formar cualquier tamaño de memoria necesaria para una aplicación.

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3- Las unidades programables de interconexión cuya función es interconectar entre el CPU o la memoria una amplia variedad de dispositivos de entrada y salida. (Mano, 1982)

Funcionamiento Técnico El usuario puede interconectar esos componentes LSI para formar un sistema de microcomputador que se ajuste a las necesidades del diseño y reduzca drásticamente el número de CI. Un microcomputador se refiere, en la mayoría de los casos, a una interconexión con componentes LSI, tal componente se llama algunas veces microcomputador de una capsula. La comunicación entre las compuertas LSI en el microprocesador se lleva a cabo via a bus de dirección de datos. El bus de datos es unidireccional desde el microprocesador a otras unidades. La información binaria que el microprocesador coloca en el bus de direcciones especifica una palabra de memoria particular en la RAM y ROM.

La sección RAM consta de uno o más chips LSI configurados para proporcionar la capacidad de memoria diseñada. Esa sección de memoria se utiliza para almacenar programas y datos, los cuales cambiaran con frecuencia durante el transcurso de la operación.

Evolución y Fabricación del Circuito Integrado Productos

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Circuito Integrado SPLD Dispositivos Lógicos Programables Un Dispositivo Lógico Programable (PLD) es cualquier dispositivo lógico cuya función está especificada por el usuario, después de fabricado el dispositivo. Se usan para reemplazar lógica SSI y MSI, ahorrando así en costo y tiempo en el diseño. (Lopez, s.f.) Dispositivos Lógicos Programables Simples (SPLD) Los SPLDs es una combinación de un dispositivo lógico (arreglo de compuertas AND, seguido por otro arreglo de compuertas OR, uno o ambos arreglos programables, algunos incluyen Flip Flops) y una memoria. La memoria se utiliza para almacenar el patrón el que se le ha dado al chip durante la programación. La mayoría de los métodos para almacenar datos en un circuito integrado han sido adaptados para el uso en SPLDs. Entre estos se incluyen: antifusibles de silicio, SRAMs, Células EPROM o EEPROM y memoria flash. (Marin, 2008) Los antifusibles de silicio son elementos de almacenamiento utilizados en las PAL, el primer tipo de SPLD. Estos antifusibles se encargan de formar conexiones mediante la aplicación de voltaje en un área modificada del chip. Se le llama antifusibles porque funcionan de manera opuesta a los fusiles normales, los cuales permiten la conexión hasta que se rompen por exceso de corriente eléctrica. Las SRAM, o RAM estáticas, son un tipo volátil de memoria, lo que quiere decir que su contenido se pierde cada vez que se desconectan. Los SPLDs basadas en SRAM tienen que ser programadas cada vez que el circuito se enciende. Generalmente esto lo hace otra parte del circuito. Una

célula EPROM es

un transistor MOS

(metal-óxido-semiconductor)

que

puede

activarse atrapando una carga eléctrica permanentemente en su puerta, cosa que realiza un programador PAL. La carga permanece durante algunos años sólo puede ser eliminada exponiendo al chip a una luz ultravioleta fuerte en un dispositivo llamado borrador EPROM. Las memorias flash son no volátiles, por lo que retienen sus contenidos incluso cuando se

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les corta la alimentación. Puede ser borradas y reprogramadas tanto como sea necesario, lo que las hace útiles para las memorias SPLD. (Marin, 2008) Estructura La estructura típica consiste en "suma de productos"  

Matriz AND programable + Matriz OR fija Se puede implementar cualquier función de n entradas de hasta p términos producto (p

Se programan las interconexiones 

Número de interruptores=(2n×p × m)

Funcionamiento Técnico Como se ha mencionado, los SPLD están formadas por una matriz de puertas AND programable conectada a una puerta OR fija. Esta estructura permite implementar cualquier suma de productos lógicos con un número de variables definidas y limitadas, entre otras, por el número de entradas y salidas que tenga el dispositivo. (Marin, 2008) En la Figura se muestra la estructura básica de un SPLD para tres variables de entrada y salida sin programar. Cada punto de intersección entre una fila y una columna se denomina celda y es el elemento programable del SPLD. Cada fila se conecta a la entrada de una puerta AND y cada columna a la variable de entrada o su complemento. En función de la presencia o ausencia de las conexiones creadas por programación, se puede aplicar cualquier combinación de variables de entrada o sus complementos a una puerta AND para generar cualquier operación producto que se desee. 7

La implementación de una función lógica sobre un SPLD, se muestra la figura, donde las señales que entran a la matriz son las variables de entrada y sus complementos. Cuando se requiere la conexión entre una fila y una columna, el fusible queda intacto, Cuando dicha conexión no se requiere, el fusible se abre en el proceso de programación. La salida de la puerta OR proporciona finalmente la suma de productos. Observe que, si alguna entrada de una puerta AND queda sin conectar, esta adquiere el valor del elemento neutro del producto lógico, sin afectar el resultado de dicha puerta. (Marin, 2008)

Evolución y Fabricación del Circuito Integrado Dispositivos SPLD se introducen en 1978 por Monolithic Memories, Inc., (MMI), la arquitectura era más sencilla que la FPLA porque omitía la matriz OR programable. Esto hizo los dispositivos más rápidos, más pequeños y más baratos. Los SPLD de MMI pronto fueron distribuidos por AMD la cual empleo tecnología PROM de fusibles Titanio-Tungsteno programables una sola vez; Texas Instruments apoya las PALs con arquitectura variable programables una sola vez y National Semiconductor, quien fue el pionero en el desarrollo de Arreglos Lógicos Programables (Programmable Logic Arrays, PLA’s) en forma de un DIP grande de 24 pines o terminales (0.6 pulgadas de ancho) con 96 términos productos, 14 entradas, 8 salidas. 8

El primer circuito PAL fue el 16L8, de 20 terminales (pines), con soporte para 8 salidas y hasta 16 entradas con tecnología Bipolar. Diseño Puesto que las PAL son circuitos integrados muy complejos desde el punto de vista interno, los fabricantes han adoptado una notación simplificada para eliminar los diagramas lógicos complicados. En la Figura se muestra la notación.

Buffer de entrada: Para evitar cargar con la gran cantidad de entradas de puertas AND a las que se pueden conectar una variable o su complemento, se añade un buffer a las variables de entrada del SPLD. Un buffer inversor genera el complemento de una variable de entrada. Puertas AND: una matriz AND de una puerta SPLD típica tiene una gran cantidad de líneas de interconexión y cada puerta AND tiene entradas múltiples. El diagrama lógico de un SPLD muestra cada puerta AND que realmente tienen varias entradas, utilizando una sola línea para representar a todas las líneas de entrada. Conexiones de un SPLD: Para obtener un diagrama lo más sencillo posible, los fusibles de una matriz AND programable se indican mediante una X en el punto de intersección

Productos Microchips

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Otros Productos

CONCLUSIONES

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RECOMENDACIONES

BIBLIOGRAFÍA Lopez, R. (s.f.). Uhu.es. Obtenido de http://www.uhu.es/rafael.lopezahumada/Cursos_anteriores/fund97_98/pld s.pdf

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Marin, L. (8 de Febrero de 2008). blogspot.com. Obtenido de http://electronicaintegradalmec.blogspot.com/2008/02/dispositivoslogicos-programables.html

http://www.mouser.com/ds/2/268/doc0403-1065218.pdf

http://www.mouser.ec/Semiconductors/Integrated-CircuitsICs/Embedded-Processors-Controllers/SPLD-Simple-Programmable-LogicDevices/_/N-aw9z5/

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CUESTIONARIO

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ANEXOS ATF16LV8C

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