Dispositivos lógicos programables
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Los Dispositivos Lógicos Programables (PLD´s) son circuitos integrados, que proporcionan una solución al diseño de forma análoga.
Sumario
Historia
A mediados de los años setenta se produce una fuerte evolución en los procesos de fabricación de los circuitos integrados, y junto a las tecnologías bipolares, surge la MOS (metal oxide semiconductor), principalmente la NMOS, promoviendo el desarrollo de circuitos digitales hasta la primera mitad de los años ochenta.
En aquellas épocas, el esfuerzo de diseño se concentraba en los niveles eléctricos para establecer características e interconexiones entre los componentes básicos a nivel de transistor. El proceso de diseño era altamente manual y tan solo se empleaban herramientas como el PSPICE para simular esquemas eléctricos con modelos previamente personalizados a las distintas tecnologías.
A medida que pasaban los años, los procesos tecnológicos se hacían más y más complejos. Los problemas de integración iban en aumento y los diseños eran cada vez más difíciles de depurar y de dar mantenimiento. Inicialmente los circuitos integrados de MSI (Morrad Scale Integration) y LSI (Low Scale Integration) se diseñaban mediante la realización de prototipos basados en módulos muy sencillos. Cada uno de estos módulos estaba formado por puertas lógicas ya probadas, este método poco a poco, iba quedándose obsoleto. En ese momento (finales de los años setenta) se constata el enorme desfase que existe entre tecnología y diseño.
Alrededor de 1981 el Departamento de Defensa de los Estados Unidos desarrolla un proyecto llamado VHSIC (Very High Speed Integrated Circuit) su objetivo era rentabilizar las inversiones en hardware haciendo más sencillo su mantenimiento. Se pretendía con ello resolver el problema de modificar el hardware diseñado en un proyecto para utilizarlo en otro, lo que no era posible hasta entonces porque no existía una herramienta adecuada que armonizase y normalizase dicha tarea, era el momento de los HDL’s.
El desarrollo de la electrónica digital moderna a finales del siglo pasado y principios de este trajo consigo que las técnicas de miniaturización de los elementos se fueran desarrollando cada vez más obteniendo un alto nivel de integración en los elementos, trayendo consigo un gran número de ventajas , por citar algunas tenemos:
- No necesitan voltajes de alimentación muy elevados, ni grandes consumos de corriente por lo que las fuentes de alimentación son pequeñas y de poca potencia
- En la metodología de diseño las dimensiones topológicas de las estructuras han disminuido, llevando todo esto a una reducción de los costos
- Debido a la reducción de sus costos de diseños que llevó consigo el constante desarrollo del software y el hardware trajo aparejado el surgimiento después de varios años de los dispositivos lógicos programables o PLD´s dentro de ellos las FPGA´s (Field – Progammable Gate Arrays).
Ventajas de los PLD
Los PLD´s están desplazando, cada vez más, a la lógica discreta y a otros tipos de circuitos ASIC debido a las múltiples ventajas que ofrecen. Algunas de estas son:
- Pueden reemplazar a varios componentes discretos, reduciendo con ello el número de circuitos integrados a utilizar. Esto a su vez supone:
- Reducción de espacio.
- Reducción del número de conexiones.
- Reducción de la potencia de consumo.
- Disminución del coste.
- Aumento de la fiabilidad.
- La mayor parte de ellos ofrecen una gran flexibilidad al permitir reprogramar el circuito lógico a la medida, pudiendo obtener diferentes configuraciones para un mismo dispositivo.
- Esta posibilidad que brindan algunos PLD´s de ser reprogramados, permite que se elimine el riesgo de errores a la hora de la grabación. Se reducen los costos de stock, al poder utilizar el mismo dispositivo para aplicaciones distintas, sin más que hacer programaciones distintas.
- Gran facilidad de diseño porque las herramientas disponibles para este fin simplifican considerablemente el proceso de diseño, haciendo que la implementación al más bajo nivel sea transparente para el usuario. El sistema de desarrollo consiste en un software de diseño y un programador, donde el software, es en esencia, un ensamblador que transforma el diseño de alto nivel que hace el usuario (ecuaciones booleanas, tablas de la verdad, diagramas de estado y esquemáticos) a bajo nivel o nivel de programación del dispositivo. Además los software que existen en el mercado disponen de simulador, lo que permite hacer depuraciones del diseño antes de programar el componente.
Desventajas de los PLD
Algunos aspectos negativos a señalar en estos circuitos vienen dado en que las técnicas de los circuitos impresos cambian considerablemente, la selección del encapsulado no es trivial, las conexiones entre terminales son muy pequeñas y surge la necesidad de utilizar una circuitería adicional para el control de la calida.
Estructura básica de una PLD
La estructura básica de una PLD permite realizar cualquier tipo de circuito combinacional basándose en una matriz formada por puertas AND, seguida de una matriz de puertas OR. Tres son los tipos más extendidos de PLD’s, la PROM, PLA, y la GAL.
Fuentes
- Los microprocesadores Intel 286, 386 y 486. 2002.
- P. Karen and M. Nick “Introduction to Programmable Logic” Abril 2004.
