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Un circuit logique programmable ( PLD ) est un composant électronique utilisé pour construire des circuits numériques reconfigurables . Contrairement à la logique numérique construite à l'aide de portes logiques discrètes à fonction fixe, la fonction d'un PLD n'est pas définie lors de sa fabrication. Avant de pouvoir être utilisé dans un circuit, le PLD doit être programmé pour implémenter la fonction souhaitée. Comparés aux circuits logiques fixes, les circuits logiques programmables simplifient la conception de circuits logiques complexes et peuvent offrir des performances supérieures. Contrairement aux microprocesseurs , la programmation d'un PLD modifie les connexions entre les portes logiques du circuit.
Les PLD peuvent être globalement classés, par ordre de complexité croissante, en dispositifs logiques programmables simples (SPLD) , comprenant la logique matricielle programmable , la logique matricielle programmable et la logique matricielle générique ; dispositifs logiques programmables complexes (CPLD) ; et réseaux de portes programmables sur site (FPGA) .
Histoire
En 1969, Motorola a proposé le XC157, un réseau de portes programmables par masque avec 12 portes et 30 broches d'entrée/sortie non utilisées.
En 1970, Texas Instruments a développé un circuit intégré programmable par masque basé sur la mémoire associative en lecture seule (ROAM) d'IBM . Ce dispositif, le TMS2000, était programmé en modifiant la couche métallique lors de sa fabrication. Le TMS2000 comportait jusqu'à 17 entrées et 18 sorties, avec 8 bascules JK pour la mémoire. TI a inventé le terme « réseau logique programmable » (PLA) pour ce dispositif.
En 1971, General Electric Company (GE) développait un circuit logique programmable basé sur la nouvelle technologie de mémoire morte programmable (PROM). Ce dispositif expérimental améliorait la ROAM d'IBM en permettant une logique multiniveaux. Intel venait de lancer l' EPROM UV à grille flottante ; les chercheurs de GE intégrèrent donc cette technologie. Le dispositif de GE fut le premier circuit logique programmable effaçable jamais développé, précédant l' EPLD d'Altera de plus d'une décennie. GE obtint plusieurs brevets précoces sur les circuits logiques programmables.
En 1973, National Semiconductor a lancé un circuit intégré PLA programmable par masque (DM7575) doté de 14 entrées et 8 sorties, sans registres de mémoire. Ce circuit a connu un plus grand succès que celui de TI, mais le coût de fabrication du masque métallique en a limité l'utilisation. Ce composant est important car il a servi de base au FPGA (Field Programmable Logic Array) produit par Signetics en 1975, le 82S100. ( Intersil a en réalité devancé Signetics sur le marché, mais un faible rendement a compromis le succès de son circuit.)
En 1974, GE conclut un accord avec Monolithic Memories (MMI) pour développer un circuit logique programmable par masque intégrant les innovations de GE. Ce circuit fut baptisé PALA (Programmable Associative Logic Array) . Le MMI 5760 fut finalisé en 1976 et pouvait implémenter des circuits multiniveaux ou séquentiels de plus de 100 portes logiques. Le circuit était pris en charge par un environnement de conception GE permettant de convertir les équations booléennes en masques pour sa configuration. Ce composant ne fut jamais commercialisé.
Technologies
PLA
Les dispositifs PAL comportent des matrices de cellules de transistors disposées dans un plan « OU fixe, ET programmable » utilisé pour implémenter des équations logiques binaires « somme de produits » pour chacune des sorties en fonction des entrées et d'une rétroaction synchrone ou asynchrone des sorties.
En 1978, MMI a lancé une innovation majeure : la logique programmable à matrice (PAL). Son architecture, plus simple que celle des FPLA de Signetics, s'affranchissait de la matrice OU programmable. Il en résultait des composants plus rapides, plus compacts et moins chers. Disponibles en boîtier DIP 20 broches de 300 mil, les PAL se distinguaient des FPLA en boîtier 28 broches de 600 mil. Le manuel PAL a simplifié le processus de conception. Le logiciel de conception PALASM (assembleur PAL) convertissait les équations booléennes des ingénieurs en un motif de fusibles nécessaire à la programmation du composant. Les dispositifs PAL ont rapidement été utilisés comme second fournisseur par National Semiconductor, Texas Instruments et AMD.
Après le succès des composants PAL 20 broches de MMI, AMD a lancé le PAL Vantis , qui a ensuite été acquise par Lattice Semiconductor en 1999.
GALs
PALs and GALs are available only in small sizes, equivalent to a few hundred logic gates. For bigger logic circuits, complex PLDs or CPLDs can be used. These contain the equivalent of several PALs linked by programmable interconnections, all in one integrated circuit. CPLDs can replace thousands, or even hundreds of thousands, of logic gates.
Some CPLDs are programmed using a PAL programmer, but this method becomes inconvenient for devices with hundreds of pins. A second method of programming is to solder the device to its printed circuit board, then feed it with a serial data stream from a personal computer. The CPLD contains a circuit that decodes the data stream and configures the CPLD to perform its specified logic function. Some manufacturers, such as Altera and Atmel (now Microchip), use JTAG to program CPLDs in-circuit from .JAM files.