[科普中国]-可编程序逻辑阵列

PLA的结构原理

PLA的结构原理可用图1矩阵图说明。虚线上部分是“与逻辑阵列”作为输入矩阵(也称译码矩阵)，接收输入信号。虚线下部分是“或逻辑阵列”，作为输出矩阵(也称编码矩阵)，传送输出信号。B8B7…B1为输入变量，与其对应的8条水平线表示输入线，F1…F7是输出函数，与其对应的7条水平线表示7个“或”门；P0…P8是F1…F7中的各个“与项”，与其对应的9条垂线表示9个“与”门；水平线与垂直线交叉处相当于一个存储单元(由连接的晶体管等组成)，黑点表示单元为“1”，无黑点表示单元为“0”。

AND阵列和OR阵列交叉点处是否连有编程管确定了相应的逻辑变量是否参与运算。1

PLA的故障类型在对PLA进行故障检测时一般考虑如下故障：

(1) 丢失交叉点故障：PLA在生产制造过程中，或是用户编程时都有可能使应该连接的编程管没有正确连上，不该连接的编程管错误地连上，这将引起PLA逻辑混乱。

(2) 多余交叉点故障：在PLA使用一段时间后，某些编程管很有可能损坏，进而引起PLA逻辑混乱。

(3) 固定故障；

(4) 邻线桥接故障。

检测交叉点故障的测试集能够复盖固定故障和邻线桥接故障。2

编程序的方法编程序的方法有两种：一种是采用在制造过程中用掩模写入二极管有无的信息；另一种是由用户采用某种方法按照字段在阵列上实现二极管矩阵。前种方法称为掩模PLA，后一种方法称为FPLA。

FPLA是一种用户将逻辑函数编程序的方法，图2是一种FPLA结构。其一种型式是在编程序之前制成所有格点，这时，若在二极管和熔丝串接组合内熔断任意适当的熔丝，就可使该格点的二极管无效。另一种型式是在所有格点上制作的晶体管内，破坏任意晶体管的PN结，而制成该格点的二极管。此外，还有其它型式。

用户编程序的工作就是选择与阵列、或阵列以及各输出的工作电平，并对这些部分分别制作不同的熔丝连接。3

用PLA实现组合电路PLA的最基本功能就是将任意的逻辑函数作为组合电路来实现。如前所述，由于PLA是由与阵列及或阵列构成，故可看成是“与-或”二级结构的多输出逻辑电路。下面举例说明。

设计2位加法器。设两个2位的数是A=( )，B=( )，A、B的和为S=( )。

为了构成输出变量为 ，输入变量为 的多输出组合逻辑电路，即得出如下的逻辑式：

图3为对应的PLA的图形，它是与一或二级结构，形成一种超前加法器。要想用PLA实现组合电路，需把要实现的逻辑功能(逻辑函数)用积和形式的逻辑式表示，把它做成PLA图形。用积和形的逻辑式表示所给出的逻辑函数是基本的，实现时，假设输人变量及输出变量的个数不定，则实现时所必要的阵列容量与积项数成比例。因此，用尽量少的积项表示要实现的逻辑函数是很重要的。

为了将任意形式的逻辑式变换为积和形的逻辑式，可采用了相关的逻辑运算法则，如：迪·摩根定理、分配律、等幂律和吸收律等。3