간단한 PLD(Simple Programmable Logic Devices)

PLD는 반도체 칩을 제작하지 않고, 이미 프로그램이 가능한 형태의 소자로 제작되어 판매되는 칩에 회로를 프로그램하여 원하는 설계를 구현할 수 있는 칩(Chip)이다. 시제품 혹은 기능 검증용 칩을 최단기간 내에 구현이 가능하고, 소량의 칩 제작도 적은 비용으로 가능하다. PLD의 종류로는 ROM(Read Only Memory), PROM(Programmable ROM), EPROM(Erasable PROM), EEPROM(Electrically EPROM), PAL(Programmable Array Logic), PLA(Programmable Logic Array)가 있다. 

1. PROM(Programmable ROM)

일반적으로 ROM은 비휘발성 컴퓨터 메모리의 일부분으로 메모리 칩의 내용은 전원이 가해지지 않아도 지워지지 않는다. ROM은 일반적으로 컴퓨터에 전원이 처음 공급될 때 컴퓨터를 기동시키기 위한 명령어를 저장하는 데 사용한다. 그러나 임의의 논리함수를 구현하는 함수 생성기로써도 사용될 수 있다.

 

ROM이란?

3개 주소선 A0~A2는 출력이 8x4 메모리 행렬을 구동하도록 연결된 디코더로 공급된다. 이 행렬 안의 수직선은 저항을 통하여 높은 전압이 인가되고 3 상태 출력 버퍼로 연결된다. 이 예의 ROM은 행렬의 수직 수평의 교차점에 다이오드를 위치시킴으로써 프로그램된다. 예를 들어, 주소 선이 000이라 가정하면 디코더의 출력 0이 낮은 전압이 된다. 따라서 열 0과 2상의 다이오드 때문에 이 선은 낮은 전압을 가지게 될 것이다. 그리고 세로선 1과 3은 높은 전압이 될 것이다. 결과적으로 위치 0은 4비트 이진수 1010으로 저장하고 있다. ROM의 출력(D0에서 D3)은 OE(Output Enable)와 CE(Chip Enable) 입력이 동시에 낮은 전압을 가지지 않는다면 개방회로(Open circuit)가 될 것이다. 이에 따라 데이터 선이 직접적으로 마이크로프로세서의 데이터 버스에 연결될 수 있다. 주소선이 A0에서 A15까지가 직접적으로 ROM에 연결되어 있으므로 64K 개의 위치 중 하나에 접근하는 것을 허용한다. 그러나 ROM은 CE(Chip Enable)의 입력이 낮을 때만 사용될 수 있다는 것에 주목하자. NAND 게이트의 주소 디코더와 인버터를 통하여 이것은 A16에서 A19가 높고 IO/M이 낮을 때만 동작한다. 이 메모리 주소는 F0000H에서 FFFFFH까지의 범위에 해당한다. 데이터 선은 직접적으로 연결된다. 데이터 버스는 이 영역의 메모리의 읽기 사이클(Read cycle) 동안 OC 와 CE의 입력이 낮을 때에만 사용될 수 있다. 그리고 8088의 WR은 사용되지 않는다(ROM에는 쓸 수 없다).

 

ROM의 유형

마스크 프로그래머블(Mask-programmable) ROM

이 ROM의 유형은 반도체 제조자에 의해 회사에서 프로그램된다. OEM(Original Equipment Manufacturer)은 이 부품에 대한 진리표를 사용자에게 공급한다. 이 기술은 비용에 대한 효과는 매우  수요가 충분히 많을 때 해당한다. 이 ROM의 유형은 재프로그램 될 수 없으므로 에러가 생기면 매우 큰 손실이 따른다.

 

퓨즈 결선(Fusible-link) ROM

이 ROM의 유형은 값싼 프로그래머를 사용하여 프로그램할 수 있도록 되어있다. 메모리 배열의 모든 위치에 다이오드와 일련의 퓨즈로 구성된다. 일반적으로 퓨즈는 티탄 텅스텐(TIW)으로 구성된다. 이것은 상대적으로 낮은 전압(10.5V가 전형적이다)으로 태워질 수 있다. ROM의 이런 유형은 사용자에 의해 프로그램 되므로 이것을 PROM(Programmable ROM)이라 부른다.

 

자외선으로 소거 가능한(UV-light Erasable)PROM (EPROM)

여러 번 프로그램이 가능하고 지울 수도 있다. 이것은 ROM의 내용을 주기적으로 변경시켜야 하는 응용이나 디버그할 때에 이상적이다. 전형적인 응용은 기계적 도구, 로봇, 그리고 복사기 같은 마이크로프로세서 제어 시스템을 위한 소프트웨어를 정장하기 위해 사용된다. EPROM은 프로그래밍 핀이 높은 전압(전형적으로 21V)을 유지하는 동안 데이터와 주소선에 펄스를 인가시키는 외부 프로그래머에 의해 프로그램된다. 프로그램된 데이터의 삭제는 대략 20분 동안 실리콘 다이에 자외선을 쬐여줌으로서 이뤄진다.. 삭제를 편하게 하기 위해 EPROM은 유리창이 장착된 특수패키지로 생산된다.

 

전기적으로 소거 가능한(Electrically Erasable) PROM (E^2PROM)

EPROM을 프로그램하거나 지우기 위해서는 이것이 소켓에서 제거하여 프로그래머나 이레이저 안에 놓아야 하는 번거로움이 있다. E^2PROM은 전기적으로 간단히 삭제하고 새로운 내용을 쓸 수 있다. 이것은 칩 전체의 삭제 없이도 각 바이트를 재프로그램 할 수 있다는 것을 의미한다. 보드 상의 전하 펌프(ON-board charge pump)가 요구되는 프로그램 전압을 발생시키므로 특별한 프로그래머가 필요 없다. 현재의 E^2PROM은 두 가지의 결점이 있다. 첫째 칩에 데이터를 쓰는 시간이 오래 걸린다(보통의 읽고 쓰는 메모리의 몇 나노초에 비해 몇 밀리초로 측정된다). 둘째로 각 삭제/쓰기 사이클은 각 저장 트랜지스터를 둘러싸고 있는 산화막에 소량의 전하를 가둔다. 이 때문에 E^2PROM은 삭제/쓰기 라이프 사이클이 10^4에서 10^6회 정도이다.