Composants à réseaux logiques programmables

Composants à réseaux logiques

programmables

Classification des circuits numériques

circuits logiques standards

74HC..

...

microprocesseurs microcontroleurs

PLD, CPLD,

FPGA Asic pré-diffusés

Asic pré-caractérisés Asic full custom circuits à

fonctionnement programmable

circuits à architecture programmable et faible temps de développement

circuits à temps de développement

important Circuits

numériques

Dénominations

- PLD (Programmable Logic Device)

- CPLD (Complex Programmable Logic Device)

- FPGA (Field Programmable Gate Array)

Evolution technologique

- densité d'intégration:

- 20 000 portes en 1985 4 000 000 en 2000.

- vitesse de fonctionnement :

– 40 MHz en 1991 500 MHz en 2007.

- taille d'un transistor :

- 1,2 µm en 91 65 nm en 2007.

- tension d'alimentation :

- 5 V à 1,8 V.

Codage d’une fonction combinatoire

• PLA (sommes de produits) ;

• LUT (mémoire) ;

• Multiplexeur.

PLA ( Programmable Logic Array )

I I

I I

matrice OU programmable

matrice ET programmable

1

3 2 0

O O O O

2

3 1 0

PLA ( Programmable Logic Array )

I

I

I

ET

I

S

cc

S

V

S

S

S

S

LUT ( Lock Up Table –mémoire- )

I I I I

matrice OU programmable

matrice ET fixée 2

3 0

2 1

3 0

O O O O

liaison 1

fusible intact

Multiplexeur

entrées de S programmation

de la fonction

E ₀ E 1

Technologie d’interconnexions

• Densité d’intégration ;

• Rapidité de fonctionnement (Ron, Cp) ;

• Facilité de mise en œuvre ;

• Rétention de l’information.

Connexions non

reprogrammables (OTP)

• Cellules à fusibles ;

– Obsolètes

• Cellules à anti-fusibles ;

– Rapidité ;

– Densité d’intégration ;

– Résistances aux radiations ;

– Protection.

Connexions reprogrammables

• Cellules EEPROM :

– 5 transistors par cellule ; – Écriture sélective.

• Cellules flash EPROM :

– 1 transistor par cellule ; – Écriture par blocs.

• Cellules SRAM :

– Bénéficie de l’avancée technologique des mémoires ;

– Volatile.

Programmation sur site (ISP)

Types de circuits

• PLD (Programmable Logic Device) ;

• CPLD (Complex Programmable Logic Device) ;

• FPGA (Field Programmable Logic Array).

PLD

Exemple de PLD

Exemple de PLD

CPLD ( MAX 7000)

CPLD ( MAX7000 )

Structure des FPGA

Connexions dans un FPGA

BA

BL

BD

BH

Exemple de FPGA (Actel 54SX)

Exemple de FPGA (Actel 54SX)

Comparaisons

circuits MSI (à titre de comparaison

)

PLD (à titre de comparaison)

CPLD FPGA

nombre de portes (ordre de grandeur)

100 150 40 000 5 000 000

vitesse de

fonctionnement (ordre de grandeur)

100 MHz 200 MHz 280 MHz 500 MHz

technologie de connexion

MOS à grille flottante

MOS à grille flottante

SRAM et antifusible

codage des fonctions PLA PLA et LUT LUT et MUX

Développement d’un projet

description textuelle ou graphique

compilation, vérification

simulation fonctionnelle (facultative)

placement, routage, simulation temporelle

programmation

vérification

Développement d’un projet

Propriété intellectuelle (4 à 5 par projet) :

– IP Soft ; – IP Hard.

• Système sur puce (SoC ou SoPC ou SPoC)

• Protection contre le clonage.

Constructeurs

• Altera

• Xilinx

• Actel

• Atmel

• Quicklogic

• Lattice

• Cypress

Les ASIC (Application Specific Integrated Circuit)

• Prédiffusés (gate array) :

– nébuleuse de transistors.

• Précaractérisés (standard cell) :

– Bibliothèques de cellules

• Full Customs.

Exemple de CPLD/FPGA : la

famille FLEX10K

Exemple de CPLD/FPGA : la

famille FLEX10K

Exemple de CPLD/FPGA : la

famille FLEX10K

Exemple de CPLD/FPGA : la

famille FLEX10K

Exemple de FPGA : la famille

Excalibur ( RISC 32 bits ARM922T )