3、数字电路设计：从可编程逻辑器件到设计层级的全面解析

数字电路设计：从可编程逻辑器件到设计层级的全面解析

1. 可编程逻辑器件概述

在集成电路领域，大规模集成电路（LSI）和超大规模集成电路（VLSI）的界限较为模糊，通常以晶体管数量而非门数量来界定。任何拥有超过100万个晶体管的集成电路都可被认定为VLSI，如今大多数微处理器、存储器，以及较大的可编程逻辑器件和定制器件都属于这一范畴。在1999年，已经有多达5000万个晶体管的VLSI集成电路投入设计。

可编程逻辑器件是一类特殊的集成电路，它们在制造完成后可以对逻辑功能进行“编程”，并且多数器件支持功能的重新编程。这意味着，如果在设计中发现错误，无需物理更换或重新布线器件，就有可能修复问题。

可编程逻辑阵列（PLA）是最早出现的可编程逻辑器件，它包含由与门和或门组成的两级结构，用户可以对其连接进行编程。借助这种结构，设计师能够利用逻辑综合和最小化理论，实现一定复杂度的逻辑功能。

随着可编程阵列逻辑（PAL）器件的引入，PLA的结构得到了增强，成本也有所降低。如今，这类器件通常被统称为可编程逻辑器件（PLD），在可编程逻辑行业中相当于中规模集成电路（MSI）。

随着集成电路容量的不断增加，IC制造商有机会为大型数字设计应用设计更大的PLD。然而，由于技术原因，PLD的基本两级与 - 或结构难以扩展到更大规模。为此，IC制造商设计了复杂可编程逻辑器件（CPLD）架构。典型的CPLD由多个PLD和互连结构组成，都集成在同一芯片上。除了各个PLD，片上互连结构也可编程，提供了丰富的设计可能性。通过增加CPLD芯片上单个PLD的数量和互连结构的复杂度，CPLD可以扩展到更大规模。

与此同时，其他IC制造商采用了不同的方法来扩展可编