Матрична схема - студопедія

Матрична схема ілілогіческая матриця являє собою сітку ортогональних ліній, в перетинах яких можуть встановлюватися напівпровідникові елементи: діоди або транзистори, які реалізують необхідну схему.

Для можливості програмування матриці ці діоди або транзистори підключаються до відповідним провідникам матриці через легкоплавкие перемички. Під час програмування ці перемички або перепалюють, або залишають, в залежності від схеми, яку слід реалізувати за допомогою матриці. Матричні схеми орієнтовані на реалізацію бульових функцій вузлів великих інтегральних схем (ВІС).

Таким чином, з матричної структури шляхом її програмування отримують необхідну комбінаційний пристрій. Тому такі структури називаютпрограмміруемие логічні матриці (ПЛМ).

ПЛМ, як правило, мають два схемотехнических рівня. на першому з них створюються необхідні кон'юнкції, а на другому - диз'юнкції. Обидві матриці з'єднуються каскадно.

Існують також ПЛМ, що мають в своєму складі вбудовані елементи пам'яті. Такі ПЛМ характеризуються розрядністю регістра пам'яті.

Розглянемо матриці на рис. 17.1.

Матриця М1 має три можливих входу х1. х2, х3, шість горизонтальних і чотири вертикальні шини. Горизонтальні шини х1. х2, х3 в М1 є вхідними, а вертикальні P1 ... Р4 - вихідними.

Виходи Р носять назви ліній терм.

Вхідні шини х1. х2, х3 пов'язані з вертикальними шинами як безпосередньо, так і через інвертори (шини..).

МатріцаМ1работает какдешіфратор. виходами якого є кон'юнктівние терми P1 ... Р4. Спосіб включення напівпровідникових елементів (наприклад, діодів) на перетинах, позначених хрестиками, дозволяє реалізувати на будь-якому з виходів, будь-яку кон'юнкцію її вхідних змінних, тобто функцію І.

Дійсно, при появі одиниці на одному з входів хі. на виході відповідного інвертора з'являється логічний нуль. Якщо, наприклад, є перемичка на горизонтальній лінії хі. то одиничний потенціал лінії хі закриє "свій" діод і на відповідній вертикальній лінії терм буде напруга, приблизно рівне напрузі (+ Е), тобто одиниця.

Якщо перемичка знаходиться на лінії інверсного входу, то низький рівень лінії відкриє "свій" діод і практично весь струм вертикальної шини потече через горизонтальну лінію, залишаючи знеструмленій вертикальну шину, тобто на виході буде логічний нуль.

Малюнок 17.1 - Програмована логічна матриця:

М1 - матриця кон'юнкції; М2 - матриця диз'юнкцій

Зберегти високий рівень логічної одиниці на вертикальній шині PN можна лише тоді, коли всі діоди на цій лінії будуть закриті, що можливо тільки при рівнях логічної одиниці на всіх горизонтальних лініях, до яких підключена вертикальна шина PN.

Таким чином, на вертикальній лінії PN реалізується кон'юнкція змінних. Матриця кон'юнкція М1 реалізує функції кон'юнкція згідно логічним рівнянням:

Матриця М2 має чотири вертикальні шини P1 ... Р4 і дві горизонтальні в1 і в2. Спосіб включення транзисторів на перетинах шин дозволяє реалізувати на будь-якому з її виходів будь-яку диз'юнкцію (функцію АБО) вхідних змінних. У матриці М2 вхідними є вертикальні шини, а вихідними - горизонтальні.

У цій матриці показаний приклад реалізації диз'юнкцій, описуваних математичними виразами

У матриці диз'юнкцій М2 транзистор на позначеному хрестиком перетині ортогональних ліній буде відкритий лише при наявності струму в вертикальної лінії, а при відсутності струму - закритий. Для матриці М2 досить, щоб на її горизонтальної лінії було відкрито хоча б один транзистор. тоді на виході yj буде рівень логічної одиниці. Тільки відсутність струмів на всіх горизонтальних лініях забезпечує на вертикальній шині логічний нуль. що визначає операцію диз'юнкції. У наведеному прикладі (рис. 17.1) реалізується функція, що описується рівняннями (17.2).

Якщо з'єднати обидві матриці М1 і М2, як показано на рис. 17.2, то отримана схема буде реалізувати систему булевих функцій

Побудова схем з матричною структурою зводиться до визначення точок перетину шин, де повинні бути включені напівпровідникові прилади. У табл. 17.1 стовпці містять змінні х1. ХL і функції у1. У n.

Реалізацію системи функцій матрицями М1 і М2 можна показати у вигляді табл. 17.1.

На припиненні j -го рядка і стовпця ХL (l =) записуються:

- 1, якщо змінна хi входить в j -ю кон'юнкцію без інверсії;

- 0, якщо змінна хi входить в j -ю кон'юнкцію c інверсією;

- риска (-), якщо змінна хi невходження в j -ю кон'юнкцію.

На припиненні j -го рядка і стовпця записуються:

- 1, якщо j -я кон'юнкція входить в диз'юнкцію yn;

- точка (# 8729;), якщо j -я кон'юнкція не входить в диз'юнкцію yn.

Відповідним чином будь-яка система булевих функцій у1. У n вхідних змінних х1. ХL може бути реалізована дворівневої матричної схемою, на першому рівні якої створюються різні кон'юнкції Р1. РВ. а на другому - диз'юнкції в1. У n відповідних кон'юнкція. В результаті побудова схеми з матричної структурою зводиться до визначення точок перетину шин, де повинні бути включені діоди або транзистори.

Складність матричної реалізації оцінюється сумарною місткістю (площею) матриць. У загальному випадку в схемі, що має L входів; N виходів і В вертикалей площа становить

На базі ПЛМ можна будувати комбінаційні цифрові пристрої на досить простих принципах.

Основним етапом розробки є складання таблиці програмування ПЛМ, що є інструкцією процедури перепалювання непотрібних перемичок в матрицях.

З метою розширення функціональних можливостей використання ПЛМ промисловістю випускаються її спрощені варіанти, наприклад, програмовані матриці вентилів, програмовані матриці логіки, програмовані мультиплексори і т.п.