DE3834760C2

DE3834760C2 -

Info

Publication number: DE3834760C2
Application number: DE3834760A
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Sakashita; Takashi Ohya; Takeshi Itami Hyogo Jp Hashizume
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1987-10-23
Filing date: 1988-10-12
Publication date: 1992-10-15
Also published as: US4894564A; DE3834760A1; JPH01109922A

Description

Die Erfindung betrifft ein programmierbares Logikfeld nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solches programmierbares Logikfeld ist aus US 42 33 667 bekannt.

Mit dem Fortschreiten der anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (Applications specific integrated circuit, ASIC) bei einer höchstintegrierten (very-large-scale integrated circuit, VLSI) logischen Schaltung ist es wichtig, von einer logischen Macrozelle Gebrauch zu machen, um die höchstinte grierte logische Schaltung mit einer hohen Leistungsfähigkeit und hoher Dichte für eine kurze Zeitdauer auszulegen. Daher wird davon ausgegangen, daß ein programmierbares Logikfeld als ein Element zum Verarbeiten unregelmäßiger Logik als eine Macroeinheit wirkt.

Da das programmierbare Logikfeld einen einfachen logischen Aufbau aufweist, hat es die Vorteile, daß die Gestaltung der Logik einfach er folgt, daß die Gestaltung der Logik automatisiert werden kann und daß eine Änderung der Gestaltung einfach dadurch erfolgt, daß nur eine einzige Maske ausgewechselt wird. Da das program mierbare Logikfeld einen für eine integrierte Schaltung geeig neten Aufbau aufweist, wird die Integrationsdichte einfach er höht. Außerdem werden Fehler einfach getestet, da das program mierbare Logikfeld einen regelmäßigen Aufbau aufweist.

Fig. 1 ist ein elektrisches Schaltbild, das ein Beispiel für ein programmierbares Logikfeld zeigt.

Nun wird mit Bezug auf Fig. 1 der Aufbau des programmierbaren Logikfelds beschrieben. Das programmierbare Logikfeld weist eine erste Schaltung (67) und eine zweite Schaltung (68) auf. Die erste Schaltung (67) weist Eingangssignalleitungen (51 bis 53), die an die Eingangsanschlüsse (2, 3, 4) jeweils angelegte Ein gangssignale aufnehmen und invertierte Eingangssignalleitun gen (48 bis 50), die Signale aufnehmen, die durch jeweiliges Invertieren der Signale durch die Inverter (7 bis 9) erhalten werden, auf. Produkttermleitungen (57 bis 60) und Masseleitun gen (61 und 62) sind mit den Eingangssignalleitungen (51 bis 53) und mit den invertierten Eingangssignalleitungen (48 bis 50) sich rechtwinklig schneidend bzw. kreuzend vorgesehen. Die Masseleitungen (61 und 62) sind an ihrem jeweiligen einen Ende jeweils über n-Kanaltransistoren (35 und 36) mit Masse verbunden. Weiterhin sind die Produkttermleitungen (57 bis 60) mit ihrem jewei ligen einen Ende jeweils über p-Kanal-Transistoren (31 bis 34) mit Versorgungsanschlüssen (71 bis 74) verbunden. Die n-Ka naltransistoren (35 und 36) und die p-Kanal-Transistoren (31 bis 34) sind mit ihren Gates über eine Taktsignalleitung (47) mit einem Takteingangsanschluß (1) verbunden. Außerdem sind n-Kanal-Transistoren (66, 78 und 79) mit wie gefordert zu program mierenden Schnitt- bzw. Kreuzungspunkten der invertierten Eingangssignalleitungen (48 bis 50) mit den Produkttermleitungen (57 bis 60) bzw. den Masseleitungen (61 und 62) verbunden.

Darüber hinaus wird ein Ausgangssignal der ersten Schaltung (67) über Inverter (20 bis 27) der Produkttermleitungen (57 bis 60) an die zweite Schaltung (68) übertragen. Ausgangsleitungen (54 und 55) und eine Masseleitung (56) sind sich mit den Produkt termleitungen (57 bis 60) rechtwinklig schneidend vorgesehen.

Die Masseleitung (56) ist mit ihrem einen Ende über einen n-Kanal-Transistor (41) mit Masse verbunden. Außerdem sind die Ausgangsleitungen (54 und 55) mit ihrem jeweiligen einen Ende über p-Kanal-Transistoren (39 und 40) jeweils mit Ver sorgungsanschlüssen (76 und 77) verbunden. Die Ausgangslei tungen (54 und 55) sind mit ihrem jeweiligen anderen Ende über Inverter (16 bis 19) und n-Kanal-Transistoren (43 und 44) mit Verriegelungsschaltungen, die jeweils Inverter (11, 12, 14, 15) aufweisen, und über Inverter (10 und 13) mit Ausgangsan schlüssen (5 und 6) verbunden.

Die n-Kanal-Transistoren (43 und 44) sind mit ihren Gates mit dem Takteingangsanschluß (1) verbunden. Darüber hinaus werden die p-Kanal-Transistoren (39 und 40) und der n-Kanal-Transi stor (41) in Antwort auf ein über einen p-Kanal-Transistor (37) und Inverter (28 bis 30) angelegtes Taktsignal geöffnet oder gesperrt. Die p-Kanal-Transistoren (39 und 40) sind mit ihrem jeweiligen Drain mit dem Versorgungsanschluß (76 bzw. 77) verbunden. Außerdem sind n-Kanal-Transistoren (80, 81) mit den jeweiligen wie gefordert zu programmierenden Kreuzungs punkten der Produkttermleitungen (57 bis 60) mit den Aus gangsleitungen (54 und 55) bzw. der Masseleitung (56) in der UND-Schaltung (68) verbunden.

Nun wird ein Betrieb des in Fig. 1 dargestellten programmier baren Logikfelds beschrieben. An den Eingangssignalanschlüs sen (2 bis 4) angelegte Signale werden jeweils an die Ein gangssignalleitungen (51 bis 53) weitergeleitet. Außerdem wer den die Signale durch die Inverter (7 bis 9) invertiert und jeweils an die invertierten Signaleingangsleitungen (48 bis 50) weitergeleitet. Wenn das Taktsignal am Taktsignaleingangs anschluß (1) eingegeben wird und das Taktsignal auf einem Niedrigpegel ("L"-Pegel) liegt, wird ein Taktgatter mit den p-Kanal-Transistoren (31 bis 34) geöffnet. Infolgedessen werden Spannungen an die Produkttermleitungen (57 bis 60) vom jeweiligen Versorgungsanschluß (71 bis 74) angelegt, so daß die Produkttermleitungen (57 bis 60) vorgeladen werden und so einen Hochpegel ("H"-Pegel) erreichen.

Wenn das Taktsignal den H-Pegel erreicht, wird ein Taktsi gnalgatter mit den n-Kanal-Transistoren (35 und 36) geöffnet. Infolgedessen wird nur ein solcher Transistor leitend gemacht, dessen mit der Eingangssignalleitung verbundenes Gate auf dem H-Pegel liegt, so daß Ladungen, die auf einer der Produktterm leitungen (57 bis 60) gespeichert sind, entladen werden, wo durch jegliche der Produkttermleitungen (57 bis 60), deren La dungen entladen sind, den L-Pegel erreicht. Zu diesem Zeit punkt wird auch der n-Kanal-Transistor (41) geöffnet. Somit werden in der zweiten Schaltung (68) Ladungen in den Ausgangssi gnalleitungen (54 und 55) gespeichert und entladen, so daß eine geeignete Ausgangslogik erhalten werden kann.

In dem in Fig. 1 dargestellten programmierbaren Logikfeld wird jedoch eine Stromversorgungsspannung V_DD direkt an die Pro dukttermleitungen (57 bis 60) und an die Ausgangsleitungen (54 und 55) angelegt, so daß, nachdem die Produkttermleitungen (57 bis 60) und die Ausgangsleitungen (54 und 55) geladen sind, ein langer Zeitraum zum Entladen erforderlich ist. Dies ist ein Faktor, der ein Beschleunigen des Betriebs verhindert.

Aus US 40 21 781 ist ein programmierbarer ROM - etwa auch zur Verwendung in einem programmierbaren Logikfeld - bekannt, bei dem durch Absenkung der Spannungen auf den Bitleitungen und eine spezielle Hochziehschaltungseinrichtung eine Erhöhung der Arbeitsgeschwindigkeit erreicht wird. Die dort beschriebene Lösung ist jedoch für das Logikgatter der gattungsgemäßen Art nicht anwendbar.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein programmierbares Logik feld der gattungsgemäßen Art zu schaffen, das mit hoher Geschwindigkeit betreibbar ist und das Ansprechvermögen einer Schaltung verbessert.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein programmierbares Logik feld, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Da die auf den Produkttermleitungen und den Ausgangsleitungen vorgeladenen Spannungen niedriger gemacht werden als das Stromversorgungspotential, kann gemäß der Erfindung die Ent ladezeit verkürzt und ein Takt des Taktsignals verkürzt wer den, so daß ein programmierbares Logikfeld mit einer hohen Betriebsgeschwindigkeit erhalten werden kann.

Es folgt die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren. Von den Figuren zeigt

Fig. 1 ein elektrisches Schaltungsdiagramm eines programmier baren Logikfeldes:,

Fig. 2 ein elektrisches Schaltungsdiagramm einer Ausführungsform;

Fig. 3 ein Diagramm, das eine Welle zur Zeit des Entladens von Produkttermleitungen gemäß einer Ausführungsform darstellt.

Unter bezug auf Fig. 2 wird der Aufbau gemäß einer Aus führungsform beschrieben. In der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform sind zusätzlich zu dem in Fig. 1 dargestellten oben beschriebenen programmierbaren Logikfeld Stromversorgungsabschnitte (69 und 70) vorgese hen. Insbesondere sind die Produkttermleitungen (57 bis 60) mit ihrem jeweiligen einen Ende mit der jeweiligen Source der in Antwort auf ein Taktsignal arbeitenden p-Kanal-Transisto ren (31 bis 34) verbunden. Die p-Kanal-Transistoren (31 bis 34) sind mit ihren Drains mit einer gemeinsamen Stromversor gungsleitung (64) verbunden. Die Stromversorgungsleitung (64) ist mit der Source eines n-Kanal-Transistors (38) verbunden, und der n-Kanal-Transistor (38) ist mit seinem Gate und seinem Drain mit einem den Stromversorgungsabschnitt (69) darstel lenden Stromversorgungsanschluß (45) verbunden.

In entsprechender Weise sind die Ausgangsleitungen (54 und 55) in der zweiten Schaltung (68) mit ihrem jeweiligen einen Ende mit der jeweiligen Source der p-Kanal-Transistoren (39 und 40), die in Antwort auf das Taktsignal arbeiten, verbunden. Die p-Kanal-Transistoren (39 und 40) sind mit ihren Drains mit einer gemeinsamen Stromversorgungsleitung (65) verbunden. Die Stromversorgungsleitung (65) ist mit der Source eines n-Kanal- Transistors (42) verbunden, und der n-Kanal-Transistor (42) ist mit seinem Gate und mit seinem Drain mit einem den Stromversor gungsausschnitt (65) darstellenden Stromversorgungsanschluß (46) verbunden. Der übrige Aufbau ist der gleiche wie der des oben beschriebenen und in Fig. 1 dargestellten programmierba ren Logikfeldes.

Fig. 3 ist ein Diagramm, das eine Welle zur Zeit des Entladens der Produkttermleitungen in dem in Fig. 2 dargestellten program mierbaren Logikfeld zeigt.

Nun wird der Betrieb des programmierbaren Logikfeldes gemäß der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform be schrieben. Der Betrieb des programmierbaren Logikfeldes ist der gleiche wie der des in Fig. 1 dargestellten Beispiels, und daher wird jetzt das Arbeiten der Stromversorgungsabschnitte (69 und 70) beschrieben.

Eine Stromversorgungsspannung V_DD fällt durch einen Transistorschwellwert V_TH durch mit den Stromversorgungsanschlüssen (45 und 46) verbundenen n-Kanal-Transistoren (38 und 42) ab, so daß eine Spannung (V_DD-V_TH) an die Produkttermleitungen (57 bis 60) angelegt wird, wie dies mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben ist. Wenn auf den Produkttermleitungen (57 bis 60) gespeicherte Ladungen entladen werden, zeigen die Spannungen an den Produkttermleitungen (57 bis 60), das heißt die an die Inverter (20 bis 27) angelegten Spannungen, ein solches Antwortverhalten, daß die angelegte Spannung zur Zeit des Ladens (V_DD-V_TH) ist, wie dies durch eine Kurve b dargestellt ist, im Vergleich zu V_DD im Beispiel nach Fig. 1, wie dies durch eine Kurve a dargestellt ist, aufgrund des Spannungs unterschieds vor dem Entladen.

Die Entladezeit, die vergeht, bis eine Schwellenspannung V_ITH der Inverter (20 und 27) erreicht wird, wenn die angelegte Spannung der Produkttermleitungen (57 bis 60) (V_DD-V_TH) beträgt, liegt um ta früher als wenn die angelegte Spannung V_DD ist, so daß die Reaktionskennlinie verbessert ist. Dementsprechend kann die Taktfrequenz klein gemacht werden.

Eine Stromversorgungsspannung V_DD wird durch die n-Kanal-Transistoren (38 und 42) um V_TH gesenkt. Wenn die n-Kanal-Transistoren (38 und 42) jedoch für eine längere Zeit nicht entladen werden, steigt die Source-Spannung stufenweise von (V_DD-V_TH) auf V_DD an. Es gibt kein Problem, wenn das Laden und Entladen der Produkttermleitung (57 bis 60) immer in Antwort auf das Taktsignal wiederholt werden. Wenn keine elektrische Verbindung von den Produkttermleitungen (57 bis 60) zu den Masseleitungen (61 bis 62) besteht, so daß kein Entladen erfolgt, steigen die an die Produkttermleitungen (57 bis 60) angelegten Spannungen stufenweise auf V_DD. Wenn jedoch die p-Kanal-Transistoren (31 bis 34), die als Taktsignalgatter für die entsprechenden Produkttermleitun gen (57 bis 60) dienen, mit einer gemeinsamen Stromversor gung verbunden werden, werden alle Produkttermleitungen (57 bis 60) auf gleiche Spannungen aufgeladen.

Der Betrieb des Stromversorgungsabschnittes (70) auf den Aus gangsleitungen (54 und 55) in der zweiten Schaltung (68) ist der gleiche wie oben beschrieben. Darüber hinaus erhöhen die mit den Ausgangsleitungen (54 und 55) verbundenen Inverter (16 bis 19) eine auf (V_DD-V_TH) gesenkte Spannung, so daß die Spannung in Verriegelungsschaltungen, die jeweils die Inverter (11 und 12) aufweisen, einfach gehalten wird.

Wie im Vorstehenden beschrieben ist, kann ein Takt des Taktsi gnals kürzer gemacht werden, da gemäß der Ausführungsform der Er findung die an die Produkttermleitungen (57 bis 60) und die Aus gangsleitungen (54 und 55) angelegten Spannungen zum Verringern der Entladezeiten reduziert sind. Damit kann ein Nachteil des pro grammierbaren Logikfelds von Fig. 1, das heißt die langsame Reak tion, bedeutend verbessert werden, so daß ein programmierbares Logikfeld mit einer hohen Betriebsgeschwindigkeit erhalten werden kann.

Claims

1. Programmierbares Logikfeld zum Abgeben eines zuvor synchron mit einem Taktsignal programmierten Logiksignals mit einer Logikschaltungseinrichtung (67, 68) mit einer Mehrzahl von Ein gangsleitungen (48 bis 53), einer Mehrzahl von Produkttermlei tungen (57 bis 60), von denen jede sich mit den Eingangsleitun gen (48 bis 53) schneidend vorgesehen ist, und wenigstens einer Ausgangsleitung (54, 55), die sich mit der Mehrzahl von Produkt termleitungen (57 bis 60) schneidend vorgesehen ist, zum Abge ben eines logischen Produktsignals durch wie gefordert zu pro grammierendes Verbinden von Transistoren (66, 78, 79) mit Schnittpunkten der Mehrzahl von Eingangsleitungen (48 bis 53) mit einer beliebigen Leitung der Mehrzahl von Produktterm leitungen (57 bis 60) sowie zum Abgeben eines logischen Sum mensignals durch zu programmierendes Verbinden von Transisto ren (80, 81) mit Schnittpunkten der Mehrzahl von Produktterm leitungen (57 bis 60) mit wenigstens einer Ausgangsleitung (54, 55), und einer ersten und einer zweiten Taktsignalgattereinrichtung (31 bis 34, 39, 40), die mit der Mehrzahl von Produkttermleitungen (57 bis 60) und der wenigstens einen Ausgangsleitung (54, 55) verbun den ist und zum Leitendwerden auf das Taktsignal reagiert, gekennzeichnet durch eine Hochziehschaltungseinrichtung (38, 42) mit ersten und zweiten Leitungsanschlüssen und einer Gateelektrode, wobei der erste Leitungsanschluß und die Gateelektrode mit einem Stromversorgungsanschluß (45, 46) verbunden sind und der zweite Leitungsanschluß mit der ersten und zweiten Taktsignalgattereinrich tung (31 bis 34, 39, 40) verbunden ist und wobei die Hoch ziehschaltungseinrichtung (38, 42) auf den leitenden Zu stand der ersten und zweiten Taktsignalgattereinrichtung (31 bis 34, 39, 40) zum Vorladen der Mehrzahl von Produkttermleitungen (57 bis 60) und der wenigstens einen Ausgangsleitung (54, 55) auf ein niedrigeres Potential als das Stromversorgungspotential an sprechend ist, jeweils eine erste Masseleitung (61, 62) jeweils parallel zu der Produkttermleitung (57 bis 60), wobei die Transistoren (66, 78, 79) mit wie gefordert zu programmierenden Schnittpunkten jeder der Eingangsleitungen (48 bis 53) mit jeder der Produkttermleitungen (57 bis 60) bzw. ersten Masseleitungen (61, 62) verbunden sind, und dritte Taktsignalgattereinrichtungen (35, 36), von denen jede der jeweiligen ersten Masseleitung (61, 62) entsprechend vorgesehen ist und einen ersten und einen zweiten Leitungsanschluß und eine Gateelektrode aufweist, wobei die ersten Leitungsanschlüsse mit einer der ersten Masseleitungen (61, 62) verbunden sind und die zweiten Leitungsanschlüsse an Masse liegen und wobei die zweiten Taktsignalgattereinrichtungen (35, 36) auf das Anlegen eines Taktsignals eines zweiten Pegels an die jeweiligen Gateelektroden zum Verbinden der ersten Masseleitungen (61, 62) mit Masse ansprechen.

2. Programmierbares Logikfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Logikschaltungseinrichtung (67, 68) eine Schaltungs einrichtung (67) für ein logisches Produkt mit ersten Masse leitungen (61, 62), die zu jeder der Produkttermleitungen (57 bis 60) parallel vorgesehen sind und sich mit jeder der Ein gangsleitungen (48 bis 53) schneiden, wobei die Transistoren (66, 78, 79) mit wie gefordert zu programmierenden Schnittpunk ten jeder der Eingangsleitungen (48 bis 53) mit jeder der Produkttermleitungen (57 bis 60) bzw. ersten Masseleitungen (61, 62) verbunden sind, und eine Schaltungseinrichtung (68) für eine logische Summe mit einer zweiten Masseleitung (56), die parallel zur Ausgangs leitung (54, 55) vorgesehen ist, wobei die Transistoren (80, 81) mit wie gefordert zu programmierenden Schnittpunkten der Pro dukttermleitungen (57 bis 60) mit der Ausgangsleitung (54, 55) und der zweiten Masseleitung (56) verbunden sind, aufweist.

3. Programmierbares Logikfeld nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Taktsignalgattereinrichtungen (31 bis 34) je einer der Produkttermleitungen (57 bis 60) entsprechend vor gesehen sind und einen ersten und einen zweiten Leitungsan schluß und eine Gateelektrode aufweisen, wobei die ersten Lei tungsanschlüsse zusammen mit der Hochziehschaltungseinrich tung (38, 42) und die zweiten Leitungsanschlüsse mit den ent sprechenden Produkttermleitungen (57 bis 60) verbunden sind und wobei die ersten Taktsignalgattereinrichtungen (31 bis 34) auf das Anlegen eines Taktsignals eines ersten Pegels an die jewei ligen Gateelektroden zum Vorladen der entsprechenden Produkt termleitungen (57 bis 60) ansprechend sind, die zweiten Taktsignal gattereinrichtungen (39, 40), jeweils der Ausgangslei tung (54, 55) entsprechend vorgesehen sind und einen ersten und einen zweiten Leitungsanschluß und eine Gateelektrode auf weisen, wobei die ersten Leitungsanschlüsse mit der Hochzieh schaltungseinrichtung (38, 42) und die zweiten Leitungsan schlüsse mit dem einen Ende der Ausgangsleitung (54, 55) ver bunden sind und wobei die zweiten Taktsignalgattereinrichtun gen (39, 40) auf das Anlegen des Taktsignals des ersten Pegels an die Gateelektroden zum Vorladen der Ausgangsleitung (54, 55) ansprechend sind, und eine vierte Taktsignalgattereinrichtung (41) mit einem ersten und einem zweiten Leitungsanschluß und einer Gateelektrode, wobei der erste Leitungsanschluß mit dem einen Ende der zweiten Mas seleitung (58) und der zweite Leitungsanschluß mit Masse ver bunden ist und wobei die vierte Taktsignalgattereinrichtung (41) auf das Anlegen des Taktsignals des zweiten Pegels an die Gateelektrode zum Verbinden der zweiten Masseleitung (56) mit Masse ansprechend ist, vorhanden ist.

4. Programmierbares Logikfeld nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochziehschaltungseinrichtung (38, 42) einen ersten Transistor (38) mit einem ersten und einem zweiten Leitungs anschluß und einer Gateelektrode, wobei der erste Leitungsan schluß und die Gateelektrode mit einem Stromversorgungsanschluß (45) und der zweite Leitungsanschluß mit den miteinander ver bundenen ersten Leitungsanschlüssen der ersten Taktsignalgatter einrichtungen (31 bis 34) verbunden ist, und einen zweiten Transistor (42) mit einem ersten und einem zweiten Lei tungsanschluß und einer Gateelektrode, wobei der erste Lei tungsanschluß und die Gateelektrode mit einem Stromversorgungs anschluß (46) und der zweite Leitungsanschluß mit den ersten Leitungsanschlüssen der zweiten Taktsignalgattereinrichtung (39, 40) verbunden ist, aufweist.