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• Fernando Atalaya

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PLD (Dispositivos Lógicos Programables) Historia Antes de la invención de los PLDs, los chips de memoria de solo lectura (ROM) se utilizaban para crear funciones de lógica combinacional arbitrarias con un número determinado de entradas. Considerando una ROM con m entradas, a las que se denomina líneas de dirección; y con n salidas, a las que se denomina líneas de datos. Cuando se utiliza como memoria, la ROM contiene 2m palabras de n bits. Supongamos que las entradas no son direccionadas por una dirección de m-bits, sino por m señales lógicas independientes. Teóricamente, hay 2m funciones booleanas posibles de estas mseñales, pero la estructura de la ROM permite solo producir n de estas funciones en los pines de salida. Por lo tanto, en este caso, la ROM se vuelve un equivalente de ncircuitos lógicos separados, cada uno generando una función elegida de las m entradas. La ventaja de utilizar una ROM de esta forma es que cualquier función concebible de las m entradas puede ser colocada por las n salidas, haciendo este el dispositivo lógico combinacional de mayor propósito general disponible. También las PROMs (ROMsprogramables), EPROMs (PROMs de borrado por ultravioleta) y EEPROMs (PROMs de borrado eléctrico) disponibles pueden ser programadas de esta manera con un programador PROM hardware o software. Sin embargo, existen varias desventajas:     

Son bastante más lentas que los circuitos lógicos dedicados. No necesariamente pueden proveer de "protección" ante transiciones lógicas asíncronas. Consumen mayor potencia. Sólo se utiliza una pequeña fracción de su capacidad en una sola aplicación: un uso ineficiente del espacio. Por si solas no pueden ser utilizadas para circuitos de lógica secuencial, puesto que no contienen biestables. Para realizar algunos circuitos secuenciales (como máquinas de estado) se utilizaba un registro TTL externo.

En 1970, Texas Instruments desarrolló un CI de máscara programable basado en la memoria asociativa de sólo lectura (ROAM) de IBM. Este dispositivo, el TMS2000, era programado alterando la capa metálica durante la producción del CI. El TMS2000 tenía hasta 17 entradas y 18 salidas con 8 biestables JK como memoria. Texas Instruments acuño el término Programmable logic array para este dispositivo. En 1973 National Semiconductor introdujo un dispositivo PLA de máscara programable (DM7575) con 14 entradas y 8 salidas sin registros de memoria. Este era más popular que el de Texas Instruments, pero el coste de hacer la máscara

metálica limitaba su uso. El dispositivo es significativo por ser la base de la FPGA (Field Programmable Logic Array) producido por Signetics en 1975, el 82S100. En 1971, General Electric desarrollaba un PLD basado en la nueva tecnología PROM. Este dispositivo experimental mejoró el ROAM de IBM permitiéndole realizar lógica mulinivel. Intel acababa de introducir la PROM de puerta flotante borrable por UV por lo que los desarrolladores en General Electric incorporaron esa tecnología. El dispositivo de General Electric era el primer PLD jamás desarrollado, antecesora del EPLD de Alteraen una década. General Electric obtuvo varias patentes tempranas en PLDs. En 1974, General Electric firmó un acuerdo con Monolithic Memories para desarrollar un PLD de máscara programable incorporando las innovaciones de General. El dispositivo se bautizó como Programmable Associative Logic Array (PALA, matríz lógica asociativa programable). El MMI 5760 fue terminado en 1976 y podía implementar circuitos multinivel o secuenciales de más de 100 puertas. El dispositivo estaba soportado por el entorno de desarrollo de General, donde las ecuaciones Booleanas podían ser convertidas a patrones de máscara para configurar el dispositivo. El integrado nunca se comercializó. La mayoría de los PLDs (los SPLDs) están formados por matrices de conexiones: una matriz de compuertas AND, y una matriz de compuertas OR y algunos, además, con registros. Con estos recursos se implementan las funciones lógicas deseadas mediante un software especial y un programador. Las matrices pueden ser fijas o programables. Una matriz de conexiones es una red de conductores distribuidos en filas y columnas con un fusible en cada punto de intersección, mediante el cual se seleccionan cuales entradas serán conectadas a las compuertas AND/OR. Muchos dispositivos también contienen combinaciones de flip-flops y latches que pueden usarse como elementos de almacenaje para entrada y salida de un dispositivo. Los dispositivos más complejos contienen macrocélulas. Las macrocélulas permite al usuario configurar el tipo de entradas y salidas necesarias en el diseño. Los PLDs facilitan el proceso de diseño y reducen el tiempo de desarrollo, cuando se requieren prototipos o producción de baja escala, pues todo el proceso se puede llevar a cabo con la ayuda de una computadora personal, programas de aplicación y el programador los cuales actualmente están disponibles a bajo costo.

ASIC (Application Specific Integrate Circuit) Un Aplication Specific Integrate Circuit o circuito integrado de aplicación específica, mejor conocido como ASIC por sus siglas en inglés, es un circuito integrado configurable que ha sido diseñado para un propósito u aplicación específica para un producto electrónico específico.

Con los últimos avances en las tecnologías de miniaturización y las herramientas de diseño, la complejidad máxima, y por ende la funcionalidad, en un ASIC ha crecido desde 5.000 puertas lógicas a más de 100 millones. Los ASIC modernos a menudo incluyen otros elementos prediseñados tales como:     

Procesadores de 32-bit. Bloques de memoria RAM, ROM, EEPROM y memoria flash. DSP. Amplificadores analógicos. Otros tipos de módulos caracterizados por el consumidor tales como interfaces o codificadores.

Este tipo de ASIC frecuentemente es llamado Sistema en un Chip, o SoC por sus siglas en inglés. Los diseñadores de ASIC digitales usan lenguajes descriptores de hardware (HDL), tales como Verilog o VHDL, para describir la funcionalidad de estos dispositivos. Los niveles de configuración de un ASIC pueden estar en el campo de lo físico (construcción del hardware) o a nivel lógico (configuración por software). Ello depende del subconjunto o tipo de ASIC que se emplee en la figura 1 podemos observar algunas vistas de un ASIC.

Historia Desde los años 70, se ha llevado a cabo el desarrollo de la micorelectrónica creando nuevas tecnologías evolutivas para lograrlo, pero no fue sino hasta 1980 que los ingenieros de la compañía Ferranti, comenzaron a explorar las ventajas del diseño de un IC configurable o adaptable para un sistema o aplicación en particular más allá de usar circuitos integrados estándar. La microelectrónica crea el paso en el cual la implementación de IC's estándar puede lograrse utilizando funciones lógicas con uno

o más IC's configurables. Como la tecnología VLSI (Very Low Scale Integration) hace posible la construcción de un sistema con muchos componentes más pequeños se pueden combinar muchos IC's estándares dentro de un IC configurable. Ferranti empresa de Ukrania, fue la primera en producir los primeros arreglos de compuertas. La adaptación del arreglo se produce cuando es cambiada la máscara de interconexión metálica. Las ULA (Uncommitted Logic Array) consideradas como uno de los primeros IC´s semiconfigurables desarrolladas, en principio tenían unos cientos de compuertas para luego extender la gamma y hacer otros modelos que incluyen elementos de memoria RAM.

Tipos y construcción de los ASIC´s Estos IC's están hechos sobre una oblea de silicio de algunos micrones de grosor, cada oblea mantiene unos cientos de IC's llamados muertos. Los transistores y el cableado están hechos de muchas capas cuyo número está entre unas 10 y 15 todas distintas entre sí, dispuestas una sobre la otra e interconectadas según los requerimientos. Cada capa tiene un patrón que es definido utilizando una máscara similar a una diapositiva de fotografía. La primera mitad de las capas definen a los transistores y la segunda mitad a las interconexiones entre ellos. Algunos de los tipos más destacados de ASIC´s son:   

Completmente configurables. Semiconfigurables. Dispositivos programables.

Ejemplos de ASIC   

ADM1022 (Low-Cost Temperature Monitor Control ASIC ) Analog Devices TC17G032 (ASIC ) Toshiba ATC18 (Embedded ASIC Memory Cell )ATMEL Corporation