可编程逻辑器件的原理与结构说明

　　存储器用来存储二进制信息。根据功能不同，半导体存储器可分为两大类：随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。随机存储器由地址译码器、存储矩阵以及读写控制器构成。它既能方便地读出所存数据，又可随时写入新数据，但数据易失，一旦掉电所存数据全部丢失。只读存储器（ROM）的内容只能读出不能写入，存储的数据不会因断电而消失，所以具有非易失性。固定ROM是由地址译码器和存储矩阵构成的组合逻辑电路。

　　根据数据写入方式的不同，ROM又可分成固定ROM和可编程ROM。后者又可分为PROM、EPROM、E2PROM和和快闪存储器等，特别是E2POM和快闪存储器可以进行电擦除。存储器的容量等于字长和字数的乘积。

　　可编程逻辑器件英文名字PLD （Programmable Logic Devices），可分为简单的PLD和复杂的PLD。简单的PLD分为：PROM、PLA、PAL、GAL；复杂的PLD分为：可编程逻辑器件CPLD和现场可编程逻辑门阵列FPGA。

　　70年代时可能只有PROM和PLA器件。PAL器件是一次性的，GAL在PLA的基础上可以反复使用。80年代中期推出了FPGA，又在PAL的基础上推出了CPLD。CPLD开始时不能电擦除，用紫外线擦除编程后，再插到系统上，叫不在系统内编程。有了电擦除电编程后才有系统内编程，到90年代发展到内嵌复杂功能FPGA来满足系统级的要求。

　　现场可编程门阵列FPGA，必须有三种可编程的资源。首先，I／0可编程，用户可以设置引脚是输入还是输出，是CMOS电平还是TTL电平，可决定是否有上拉或信号激变，以及速率的快慢。其次，逻辑可编程，即中间排成行和列的逻辑单元可编程，可以实现组合逻辑电路和时序逻辑电路，在逻辑模块里有实现组合逻辑和集成的元件触发器；再次，互连线资源可编程，在贯穿行和列的逻辑块之间，分布了很多的互连线，这些互连线可编程。用某些连线、以一定的方式把各种功能连接起来实现设计需要，就构成了FPGA。

　　根据逻辑实现和可编程方式的不同，FPGA分为两类：一，逻辑用查找表来实现，编程通过SRAM方式实现，叫SRAM查找表结构：二，逻辑通过多路开关实现，编程通过熔丝的通断实现，称为多路开关反熔丝结构，或者说是反熔丝的多路开关结构。采用SRAM查找表结构的FPGA厂商有Altera、Xilinx， Lattice等；Actel和Quicklogic则是采用反熔丝多路开关结构的代表厂商。

　　当前，FPGA广泛应用于各种终端领域，如消费电子、通信、工业自动化、工业应用、计算机以及汽车电子等。

　　针对低功耗要求，FPGA采取措施降低动态功耗，提高性能。静态功耗漏泄电流主要因工艺产生，动态功耗P=CV2F，跟电压的平方成正比，跟频率成正比，跟分布电容C成正比，频率的增加会提高功耗。降低功耗的方法是简化系统的发热设计，并简化供电的系统设计。