Традиционно моментом рождения программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) является создание фирмой Texas Instruments микросхемы TMS2000, которая программировалась чередованием металлических слоёв в процессе изготовления интегральной схемы (ИС).
До середины 80-ых годов все ПЛИС изготавливались по технологии ТТЛШ (транзисторно-транзисторная логика с барьером Шоттки). Это обеспечивало высокое быстродействие (до 7–10 нс) и низкую стоимость схем. Но были у этих ПЛИС и существенные минусы, присущие биполярным структурам:
- высокая потребляемая мощность,
- низкая степень интеграции,
- невозможность перепрограммирования.
В связи с этим в конце 80-ых появились и стали быстро развиваться ПЛИС по технологии КМОП (комплементарная структура металл-оксид-полупроводник). Роль соединительных элементов (перемычек) была возложена на ячейки памяти типа EPROM или EEPROM. Если в биполярных ПЛИС соединения разрываются путем обычного прожига перемычки, то в КМОП-ПЛИС ячейки программируются за счет накопления или удаления электрического заряда. Такие перемычки можно не только разрывать, но и восстанавливать. Этот процесс называется стиранием схемы. В зависимости от типа ячеек памяти различают ПЛИС с УФ-стиранием (EPROM) и электрическим стиранием (EEPROM).
ПЛИС с УФ-стиранием изготавливаются в керамических корпусах с окном. Стирание происходит при облучении ПЛИС УФ-излучением с заданными параметрами.
Стирание ПЛИС типа EEPROM осуществляется путем подачи на схему определенных электрических сигналов. Но основная часть ПЛИС по технологии EPROM выпускаются в пластмассовых корпусах без окна (их называют однократнопрограммируемые). Такие ПЛИС полные функциональные аналоги стираемых, а стоят на 40–60 % дешевле.
Сегодня степень интеграции превысила 10000 вентилей. Потребление энергии составляет около 1mA/МГц, а некоторые ПЛИС имеют режим микроамперного потребления в статическом режиме. Также появились и другие технологии, например, на GaAs (фирма GAZELLE MICROELECTRONICS) или по технологии «антиперемычек» (фирма ACTEL). Но эти схемы еще не получили широкого распространения.
Применение ПЛИС не всегда целесообразно и имеет смысл. Использование ПЛИС обосновано в следующих случаях:
- разработка оригинальной аппаратуры, требующей нестандартных схемотехнических решений;
- проектирование малогабаритных устройств;
- снижение потребляемой мощности;
- необходимость сократить время и затраты на проектирование;
- необходимость иметь возможность модификации и отладки аппаратуры.
Учитывая эти основания использования ПЛИС, можно определить основные области их применения. Широкое применение ПЛИС нашли в стендовом оборудовании, используют эти стенды для проверки опытных партий новых изделий; для эмуляции схем, которые потом могут быть реализованы на другой элементной базе, например, на базовых матричных кристаллах (БМК).
Последнее время за рубежом широко стали применяться интегрированные технологии проектирования, которые объединяют в себе проектирование, отладку и модификацию прототипов устройств на ПЛИС с последующим тиражированием его большими партиями на БМК. Это позволяет воспользоваться достоинствами обеих технологий: рекордно-короткими сроками проектирования и отладки РЭА на ПЛИС и высоким уровнем интеграции, высоким коэффициентом использования кристалла, высокими экономическими показателями при крупносерийном и массовом производстве РЭА на БМК.
Литература:
1. ПЛИС — Википедия: URL: [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/ %CF %CB %C8 %D1
2. Стрельцов Н. А. SDR-трансиверы и их применение / Н. А. Стрельцов, Н. В. Горячев, В. А. Трусов // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 1. С. 281–282.
3. Воробьев Д. В. Применение унифицированных электронных модулей при создании генератора гармонических колебаний / Д. В. Воробьев, Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Молодой ученый. — 2014. — № 20. — С. 114–117.
4. Бростилов С. А. Метрологический анализ измерительной подсистемы информационно-измерительной системы для исследования средств воздушного охлаждения / С.А Бростилов, Н. В. Горячев, Т. Ю. Бростилова // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 2. С. 127–129.
5. Реута Н. С. Разновидности механических воздействий в радиоэлектронной аппаратуре / Н. С. Реута, Н. В. Горячев, В. А. Трусов // Молодой ученый. — 2014. — № 21. — С. 224–226.
6. Горячев Н. В. Тепловая модель учебной системы охлаждения / Н. В. Горячев, Д. Л. Петрянин // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. 2014. № 2. С. 197–209.
7. Белов А. Г. Обзор современных датчиков утечки воды / А. Г. Белов, Н. В. Горячев, В. А. Трусов, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 2. С. 34–36.
8. Петрянин Д. Л. Анализ систем защиты информации в базах данных / Д. Л. Петрянин, Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 1. С. 115–122.
9. Горячев Н. В. Проектирование топологии односторонних печатных плат, содержащих проволочные или интегральные перемычки / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2011. Т. 2. С. 122–124.
10. Меркульев А. Ю. Системы охлаждения полупроводниковых электрорадиоизделий / А. Ю. Меркульев, Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Молодой ученый. — 2013. — № 11. — С. 143–145.
11. Горячев Н. В. Концептуальная структура СППР в области выбора теплоотвода электрорадиоэлемента / Н. В. Горячев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 2. С. 241–241.
12. Воробьев Д. В. Шумы осциллографа при исследовании электронных средств / Д. В. Воробьев, Н. С. Реута, Н. В. Горячев // Молодой ученый. — 2014. — № 19. — С. 185–187.
13. Горячев Н. В. Уточнение тепловой модели сменного блока исследуемого объекта / Н. В. Горячев, И. Д. Граб, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 1. С. 169–171.
14. Подложенов К. А. Разработка энергосберегающих технологий для теплиц / К. А. Подложёнов, Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Современные информационные технологии. 2012. № 15. С. 193–194.
15. Grab I. D., Sivagina U. A., Goryachev N. V., Yurkov N. K. Research methods of cooling systems. Innovative Information Technologies: Materials of the International scientific — рractical conference. Part 2. –M.: HSE, 2014, 443–446 pp.
16. Горячев Н. В. Концептуальная схема разработки систем охлаждения радиоэлементов в интегрированной среде проектирования электроники / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Проектирование и технология электронных средств. 2009. № 2. С. 66–70.
17. Шуваев П. В. Формирование структуры сложных многослойных печатных плат / П. В. Шуваев, В. А. Трусов, В. Я. Баннов, И. И. Кочегаров, В. Ф. Селиванов, Н. В. Горячев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 1. С. 364–373.
18. Трифоненко И. М. Обзор систем сквозного проектирования печатных плат радиоэлектронных средств / И. М. Трифоненко, Н. В. Горячев, И. И. Кочегаров, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 396–399.
19. Горячев Н. В. К вопросу реализации метода автоматизированного выбора системы охлаждения / Н. В. Горячев, И. И. Кочегаров, Н. К. Юрков // Алгоритмы, методы и системы обработки данных. 2013. № 3 (25). С. 16–20.
20. Сивагина Ю. А. Разработка ретранслятора радиосигналов и его компьютерной модели / Ю. А. Сивагина, Н. В. Горячев, Н. К. Юрков, И. Д. Граб, В. Я. Баннов // Современные информационные технологии. 2013. № 17. С. 207–213.
21. Горячев Н. В. Исследование и разработка средств и методик анализа и автоматизированного выбора систем охлаждения радиоэлектронной аппаратуры / Горячев Н. В., Танатов М. К., Юрков Н. К. // Надежность и качество сложных систем. 2013. № 3. С. 70–75.
22. Гусев А. М. Структурно-разностный анализ элемента, включающего вершинную, негативную, позитивную и позитивно-контурную пары направлений / А. М. Гусев и др.// Международный студенческий научный вестник. 2014. № 3. С. 7.
23. Трусов В. А. Программно-определяемые приемопередатчики и их применение / В. А. Трусов, Н. В. Горячев, В. Я. Баннов // Молодой ученый. — 2014. — № 21. — С. 234–236.
24. Андреев П. Г. Анализ программных пакетов моделирования влияния электромагнитных воздействий на изделия радиоэлектронных средств / П. Г. Андреев, С. А. Бростилов, Т. Ю. Бростилова, Н. В. Горячев, Г. П. Разживина, В. А. Трусов // Информационно-вычислительные технологии и математическое моделирование в решении задач строительства, техники, управления и образования: сб. статей. Междунар. научн.чтения– Пенза: ПГУАС, 2014. — C 126–130.
