Засоби забезпечення програмованість ПЛІС

Програмованість, тобто можливість створення конкретного пристрою на базі стандартної НВІС, забезпечується наявністю в ній безлічі ключів, які в процесі програмування можуть стати замкнутими або розімкнутими. Стани ключів задають ту чи іншу конфігурацію схеми, формованої на кристалі. Число програмованих ключів в ПЛІС залежить від її складно-сті і може доходити до декількох мільйонів. У ПЛІС використовуються наступні види програмованих ключів:

  1. • перемички типу antifuse]
  2. • ЛІЗМОП-транзистори з подвійним затвором;
  3. • ключові транзистори, керовані тригерами пам’яті конфігурації («тіньовим» ЗУ).

Пробивані при програмуванні діелектричні перемички використовуються як ЗЕ в однократно програмованих ЗУ (див. Параграф 4.2). Перемички типу antifuse, використовувані в ПЛІС, також забезпечують одноразове програмування НВІС. Перемичка утворюється тришаровим діелектриком з чергуванням шарів «оксид – нітрид-оксид» і в початковому стані має дуже високий опір (протікає через неї струм становить «10 ~ 15 А).

Програмує імпульс напруги пробиває перемичку і створює провідний канал. Величина струму, створюваного імпульсом програмування, впливає на діаметр провідного каналу, що дозволяє управляти параметрами провідної перемички (струм 5 мА створює перемичку з опором 600 Ом, а 15 мА – 100 Ом). ПЛІС з програмуванням на основі перемичок antifuse випускаються фірмами Actel і Lattice Semiconductor.

ЛІЗМОП-транзистори з плаваючим затвором, використовувані як запам’ятовуючих елементів в схемах репрограмміруемом пам’яті, також використовуються в ПЛІС. З елементів зі стиранням інформації ультрафіоле-товим випромінюванням виділився варіант взагалі без можливості стирання даних. У цих схемах в корпусі І С прозоре віконце, через яке відбувається опромінення кристала, просто відсутній, тобто можливість стирання виключається.

Репрограмміруемом ПЛІС на основі схемотехніки EPROM вимагають тривалого (близько години) стирання старої конфігурації під впливом ультрафіолетового випромінювання. Через деградації властивостей матеріалів під дією випромінювання число циклів програмування обмежена. При цьому необхідно витягувати НВІС з пристрою. У ПЛІС на основі схемотехніки EEPROM стирання здійснюється електричними сигналами, що не вимагає вилучення мікросхеми з пристрою. Час стирання старої інформації і запису нової складає декілька мілісекунд, а число таких циклів – 104 * 106. Останнім часом в репрограмміруемом ПЛІС все ширше використовується схемотехніка на основі енергонезалежних осередків флеш-пам’яті.

Ще одним схемотехническим рішенням, використовуваним в ПЛІС для програмування конфігурації НВІС, стали транзисторні ключі, керовані тригером пам’яті конфігурації (рис. 4.33).

Ключовий транзистор VT2 замикає або розмикає ділянку AB в залежності від стану тригера, вихід якого підключений до затвору транзистора VT2. При програмуванні на лінію вибірки подається високий потенціал, і транзистор VT1 включається. З лінії запису-читання подається сигнал, що встановлює тригер в стан лог. 1 або лог. 0. У робочому режимі транзистор замкнений, і тригер зберігає встановлене стан.

Пам’ять конфігурації являє собою статичне ОЗУ, тому при вимкненому живленні всі тригери пам’яті конфігурації скидаються, у зв’язку з чим кожен раз при включенні потрібне програмування ПЛІС. Цей процес називається ініціалізацією і на нього йде час, що становить десятки і навіть сотні мілісекунд. ПЛІС з програмуванням на основі статичного ОЗП виробляють такі фірми, як Xilinx і Altera.

Говорячи про загальні властивості ПЛІС, слід зазначити, що завдяки регулярній структурі вони реалізуються з рівнем інтеграції, близьким до максимального. Так як для засобів програмування межсоединений потрібні витрати додаткової площі кристала, ПЛІС за рівнем інтеграції дещо поступаються БМК. Однак на відміну від БМК ПЛІС не вимагають якихось завершальних технологічних операцій, що виконуються спеціально під певного замовника. Споживач ПЛІС здійснює формування необхідної конфігурації пристрою, самостійно програмуючи її. В результаті ці НВІС

можуть випускатися великими тиражами, що відразу знижує їх ціну. Вартість пристрою на основі ПЛІС, таким чином, стає значно нижче, ніж на основі БМК У зв’язку з цим в більшості застосувань ПЛІС практично витіснили БМК.

Посилання на основну публікацію