203176. lajstromszámú szabadalom • Programozható logikai áramköri elrendezés
1 HU 203 176 B 2 A találmány tárgya programozható logikai áramköri elrendezés, közismert idegen elnevezéssel: PLA („Programmable Logic Array”), amely egyetlen integrált áramkörként is kivitelezhető és amelynek programozásával több be- és kimenetű digitális kombinációs logikai hálózatok sokféle változatát lehet megvalósítani. Ismeretes, hogy a digitális vezérléstechnika és a számítógéptechnika fejlődése egyre bonyolultabb kombinációs logikai hálózatokat igényel. Az ilyen hálózatok legegyszerűbb, hagyományos megvalósítási módja az, hogy a hálózatot leíró logikai függvényeket ÉS és VAGY kapuk, inverterek, ill. NEM-ES (NAND) vagy NEM-VAGY (NOR) típusú logikai alapáramkörök segítségével realizálják. Bonyolultabb hálózatok esetén azonban ez a módszer nem gazdaságos. Ennek fő oka, hogy az integrált áramkörök (IC-k) korlátozott számú csatlakozási pontja (lábkivezetése) miatt egy-egy IC- tokban csak igen kevés számú (pl. 4-8 db) önálló elemi logikai kapuáramkört lehet elhelyezni. A rendszer integráltsági foka azonban nagyságrendekkel megnövelhető és az áramköri megoldás fizikai terjedelme ugyanilyen arányban lecsökkenthető azáltal, hogy a nagyszámú (pl. több ezer) logikai alapáramkört már a tokon belül összekapcsolják és az IC-tokból csak azokat a csatlakozásokat vezetik ki, amelyek a külvilággal való kapcsolathoz szükségesek. Ez a megoldás azonban csak akkor gazdaságos, ha az illető logikai hálózatból nagy sorozat gyártása történik. A magas integráltsági fok gazdaságos kisszériás, sőt egyedi alkalmazása érdekében univerzális célú programozható logikai hálózatokat, ún. PLA áramköröket alkalmaznak. Az ismert PLA áramkörök két db programozható területet, általában egy ún. ÉS mátrixot és egy VAGY mátrixot tartalmaznak. Egy n*m méretű, vagy n bemenetű és m kimenetű programozható ÉS mátrix tulajdonképpen m db, egyenként n bemenetű ÉS kaput tartalmaz, s ezen bemenetek bármelyike az ÉS mátrix megfelelő bemenetével összeköthető. Az ÉS mátrix programozása, elterjedt szakkifejezéssel ún. „beégetése” nem más, mint a megfelelő összekötések létrehozása. Az n*m méretű És mátrix tehát n*m darab lehetséges összekötést tartalmaz. A PLA-ban az ÉS mátrix m db kimenete egy m»k méretű, azaz m bemenetű és k kimenetű VAGY mátrixhoz van kapcsolva, amely utóbbi k db egyenként m-bemenetű VAGY kapuból áll, amely utóbbinak bemeneti összekötései az ÉS mártixhoz hasonlóan programozhatók. Ha pl. a megvalósítandó logikai függvény: Z-X3X2X1+X3X2X1 akkor a PLA programozása úgy történik, hogy az ÉS mátrixban létrehozzák az X3X2xi és X3X2X1 ún. minterm-szorzatoknak megfelelő ÉS kapcsolatokat, és ezeket azután a VAGY mátrixban logikai VAGY kapcsolatba programozzák. A gyakorlatban az ÉS-VAGY típusú PLA-kon kívül egyéb, ezzel logikailag ekvivalens struktúra, így pl. NOR, és NAND mátrixokat tartalmazó elrendezés is használatos. Az ilyen két programozási területtel rendelkező PLA-hálózat összes lehetséges logikai ekvivalense előállítható oly módon, hogy a programozható mát- rixok be és/vagy kimeneti jeleit logikai értelemben - pl. inverterekkel - megfordítjuk. A gyakorlatban alkalmazott PLA áramköröknél az ÉS mátrixba a bemeneti jelek ponált és negált értékeit is bevezetik oly módon, hogy az n db bemenethez invertereket csatolnak és kimeneteit az ÉS mátrix további bemenetéihez kapcsolják. Emiatt az És mátrix n helyett 2«n számú bemenettel rendelkezik és a programozható belső összekötések száma is kétszeres lesz. Ilyen felépítésű PLA áramkörök jelenleg kereskedelmi forgalomban integrált áramkörként (IC) kialakítva kaphatók. Tipikus példaként említhetők a PHILIPS cég SIGNETICS-82S100 és 82S101 típusjelzésű áramkörei. Az ilyen hagyományos PLA áramkörök alkalmazása azonban - különösen nagyszámú bemenet és kimenet esetén - több kellemetlen alkalmazástechnikai problémát is felvet. Az egyik ilyen probléma a hibás programozás felderítése, vagyis a „beégett” PLA tesztvizsgálata. A teljes vizsgálathoz minden lehetséges bemeneti kombinációra meg kell vizsgálni, hogy a PLA valamennyi kimenőjele megfelelő-e. Ez pl. n-20 bemenet esetén 2n«1048576 db vizsgálatot jelent, amelynek elvégzése minden egyes példányon meglehetősen időrabló. E probléma kiküszöbölése érdekében gyakran a PLA áramköröket további olyan segédáramkörökkel egészítik ki, amelyek segítségével az ÉS mátrixot és a VAGY mátrixot összekapcsoló belső vezetékek jelszintjei önállóan mérhetők és/vagy beállíthatók, miáltal lehetőség nyílik az ÉS mátrix és VAGY mátrix külön vizsgálatára és így a vizsgálati lépések száma akár 2-3 nagyságrenddel is lecsökkenthető. Ilyen tesztelési lehetőség van beépítve pl. a PHILIPS cég SIGNETICS-82515 és -82S153 típusjelzésű PLA áramköreibe, továbbá hasonló működésű megoldás ismertetése található még a 2172726 lajstromszámú GB szabadalmi leírásban is. PLA áramkörök tesztvizsgálati módszereit ismerteti még részletesebben - H. FUUWARA - K. KINOSHITA: „A Design of Programmable Logic Arrays with Universal Tests” (IEEE Trans, on Comp. 11. nov. 1981. pp. 823-828) c. cikke. Ezen ismert megoldások hátránya azonban, hogy a járulékos áramkörök beépítése helyet foglal el és ezzel csökkenti az egy tokban megvalósítható PLA kapacitást. Az ismert PLA áramkörök egy másik komoly alkalmazástechnikai problémája az ún. logikai hazárdok kérdése. A többszintű logikai hálózatok, - mint amilyen pl. a PLA áramkör is - hazárd- problémáinak részletes ismertetése megtalálható pl. Arató Péter - Risztics Péter: „Logikai hálózatok tervezése” c. Bp. Műszaki Egyetemi jegyzetében (Bp. 1981). A logikai hazárd jelenség azt jelenti, hogyha a bemeneti jelkombináció úgy változik meg, hogy a kombinációs áramkör a változás előtt és után is azonos kimenőjelet ad, akkor előfordulhat, hogy a változás pillanatában a kimenőjelen rövid, zavarjelszerű, de gyorsan lecsengő, impulzusszerű jelváltozás észlelhe5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
