可编程逻辑器件CPLD的变化：从PAL到PLD

　　PAL之后是PLD，PLD和PAL器件非常相似，但是加入了一些其他特性，成为真正的可编程器件，而且更实用。该器件区别于简单PAL器件的主要进步是它含有全面可编程宏单元，以及可变乘积项分配。

　　宏单元提供多种可编程选择，实现乘积和输出。可编程宏单元还能够反馈至阵列或者使用输出引脚作为输入。灵活的PLD宏单元成为实现逻辑功能真正实用的器件，第一款PLD如图1.6所示。

　　

　　图1.6 第一款PLD示意图

　　PLD理念进一步扩展便产生了CPLD。与由多个PAL和宏单元构成的PLD相似，CPLD包含多个和I/O引脚连接的PLD逻辑模块，彼此之间通过可编程互连架构进行连接，如图1.7所示。这种措施可在一个器件中提高逻辑数量。

　　

　　图1.7 CPLD结构图

　　CPLD中的逻辑模块通常被称为逻辑阵列模块（LAB），每个LAB就像一个PLD。CPLD LAB一般含有4到20个宏单元。LAB中的可编程阵列非常类似于PAL或者PLD阵列。

　　然而，CPLD和PLD中的可变乘积项分配不同，CPLD LAB中的宏单元通常包括额外的与门逻辑，这些逻辑直接反馈回阵列。这一额外的逻辑可用于形成额外的乘积项，名为扩展项。扩展逻辑产生的额外乘积项可用于当前的宏单元中，以扩展逻辑功能。

　　其他宏单元还可以共享使用扩展项。这样，对于需要乘积项的宏单元而言，只建立一次乘积项即可，而不必每次都建立。这是减少逻辑浪费更高效的方法，如图1.8所示。

　　

　　图1.8 CPLD LAB中的宏单元

　　注意：使用扩展项逻辑的缺点是由扩展乘积项导致的额外时延，而使用扩展项逻辑的时延是已知的。因此，放置逻辑和进行时序分析时，应对此进行考虑。

　　除了LAB，CPLD中的其他结构与PAL和PLD相似，但配置更高级。LAB之间的互连被称为可编程互连阵列，即PI或者PIA。PI与PAL和PLD中的可编程阵列相似，使用了相同的编程技术。而PI提供了LAB之间以及LAB和I/O引脚之间数据传送需要的所有走线。

　　通过PI，任何LAB的输入和输出都可以连接至任一其他LAB或者I/O。这是实现非常灵活的可编程器件的关键。CPLD相对于PLD的另一改进是加入了单独的I/O控制模块。在PLD中，I/O引脚直接连接至逻辑。在CPLD中，PI将I/O引脚和器件的主要逻辑分开。I/O引脚有自己的控制逻辑来实现多种特性，任一引脚有多种I/O标准，输入、输出，或者双向工作，并不需要迫使某些引脚只能用做输入。

　　CPLD相对于PLD最大的优点在于逻辑数量及布线选择。LAB逻辑和PI是全面可编程的，在单片器件中具有很大的设计灵活性。CPLD的I/O特性和功能远远超出了PLD的简单I/O，在I/O怎样工作上提供更多的选项和控制功能。

　　与PAL和PLD一样，CPLD在电路板上电时即可瞬时接通工作。它们具有很低的成本，占用了很少的电路板面积。非易失EEPROM编程体系结构使其非常适合使用在系统编程方法进行测试和调试，不需要在电路板上电时对其进行重新编程。目前的Altera CPLD包括MAX 3000和7000系列器件，以及MAX II和MAX IIZ系列。