JPH0865150A - リプログラム可能なプログラマブルロジックアレイ - Google Patents

リプログラム可能なプログラマブルロジックアレイ

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JPH0865150A
JPH0865150A JP7178716A JP17871695A JPH0865150A JP H0865150 A JPH0865150 A JP H0865150A JP 7178716 A JP7178716 A JP 7178716A JP 17871695 A JP17871695 A JP 17871695A JP H0865150 A JPH0865150 A JP H0865150A
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cell array
cam cell
module
array block
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JP7178716A
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Hyun Sik Jang
賢植 張
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SK Hynix Inc
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Hyundai Electronics Industries Co Ltd
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Publication date
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    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/02Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components
    • H03K19/173Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using elementary logic circuits as components
    • H03K19/177Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using elementary logic circuits as components arranged in matrix form
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
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    • H03K19/17712Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using elementary logic circuits as components arranged in matrix form the logic functions being realised by the interconnection of rows and columns using an AND matrix followed by an OR matrix, i.e. programmable logic arrays one of the matrices at least being reprogrammable
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
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    • G11C15/04Digital stores in which information comprising one or more characteristic parts is written into the store and in which information is read-out by searching for one or more of these characteristic parts, i.e. associative or content-addressed stores using semiconductor elements
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 一般的なCMOS工程で製造でき、容易に大
容量化できるリプログラム可能なプログラマブルロジッ
クアレイを提供する。 【解決手段】 記録及び比較されるデータを入力するた
めの第1記録モジュール20と、既貯蔵されたデータと
比較してマッチ信号を発生するAND−CAMセルアレ
イブロック22と、記録モードの際、順次アドレスを発
生、供給するための第1アドレスモジュール24と、記
録されるデータを入力するための第2記録モジュール2
8と、マッチモードの際マッチ信号に該当する既貯蔵さ
れたデータを検出するOR−CAMセルアレイブロック
30と、記録モードの際、前記順次アドレスを発生、供
給する第2アドレスモジュール32と、マッチモードの
際、検出されたデータを出力する出力モジュール34と
よりなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はディジタルシステムのロ
ジック回路に用いられるプログラマブルロジックアレイ
(programmable logic array)に関し、特に製作が容易
であり、容易に集積化することができるリプログラマブ
ル可能なプログラマブルロジックアレイに関する。
【0002】
【従来の技術】全てのディジタルロジックは入力と出力
に対するテーブルルックアップ(tablelookup) 方式に設
計することができる。例えば、ROMとプログラマブル
ロジックアレイ(以下PLAという)構造がテーブルル
ックアップ方式の設計に主に用いられる。前記ROMの
場合、テーブルの内容として1と0だけが許されるのに
反し、PLAにおいてはドントケア(don, t care) が内
容として許される。例えば、2入力ナンドゲート(2in
put nand gate )機能をROMとPLAを用いてあらわ
すと次の通りである。
【0003】
【表1】
【0004】前記ROMはドントケアを許さないため、
入力の全ての場合に対しテーブルが形成されるべきであ
るが、前記PLAは入力でドントケアを許すことにより
前記の表1のようにROMより少ない数の内容でROM
のような機能をあらわすことができる。このような例の
ように、前記PLAは大部分の場合ROMより少ないハ
ードウェアを用い容易にロジックデザインされるため多
く用いられる。従って、このようなPLAはロジックI
Cのデザイン方式の一つに用いられる。ICを設計する
セミカスタム方式ではゲートアレイ、スタンダードセル
方式と共にPLD(programmable logic device) を用い
る方法がある。前記PLDを用いるデザイン方法は次の
ような利点がある。
【0005】1番目に、システムデザインがロジックゲ
ートレベル以下を要求しない。これは制御の機能的な描
写やデータ経路等がPLD描写で直接コンパイルされる
ことに基づく。
【0006】2番目に、リプログラマブルPLD等の場
合、エラーを費用の浪費なくプロタイプステージ(proty
pe stage) で訂正することができる。
【0007】3番目に、デザイン時間が非常に早い。4
番目に、ピンに対する信号割当が自由なので、プリント
回路基板(PCB:printed circuit board )デザイン
が簡単になる。また、リプログラマブルPLDを用いる
場合、既存の機能を変更したり交換し易い。
【0008】このような利点のあるため、リプログラマ
ブルPLDに対する多くの研究がされてきて、さらに多
くのリプログラマブルPLDデバイス等が販売されてい
る。このようなPLDデバイスではPROMタイプセル
を用いることとEPROM又はEEPROMセルを用い
ることによりリプログラムを可能にするものがある。ま
た、ゲートアレイタイプのプログラマブルデバイスでF
PGA(field program-mable gate array)デバイス、又
はECGA(electrically configurable gatearray)デ
バイス等がハードウェアエミュレーション(emulation)
用であるが、前記で言及したデザインの利点等のため多
く用いられている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
デバイスの欠点は普遍的なCMOS技術以外の特別な工
程を要求するということである。また、前述のリプログ
ラマブルPLDの場合、構造と技術の制限のため、数千
ゲート級以上のデバイスを実現することは難しい。
【0010】従って、本発明の目的は一般的なCMOS
工程で製造でき、容易に大容量化することができるリプ
ログラム可能なプログラマブルロジックアレイを提供す
ることにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、記録されるデータ及び比較されるデータ
を入力するための第1記録モジュールと、記録モードの
際、前記第1記録モジュールからのデータを順次記録
し、マッチモードの際、前記記録モジュールからの比較
用データを既貯蔵されたデータと比較してマッチ信号を
発生するAND−CAMセルアレイブロックと、記録モ
ードの際、順次アドレスを発生して前記AND−CAM
セルアレイブロックに供給するための第1アドレスモジ
ュールと、記録モードの際、記録されるデータを入力す
るための第2記録モジュールと、記録モードの際、前記
第2記録モジュールからのデータをそれ自体内に記録
し、マッチモードの際、前記AND−CAMセルアレイ
ブロックからのマッチ信号に該当する既貯蔵されたデー
タを検出するOR−CAMセルアレイブロックと、記録
モードの際、前記順次アドレスを発生して前記OR−C
AMセルアレイブロックに供給する第2アドレスモジュ
ールと、マッチモードの際、前記OR−CAMセルアレ
イブロックから検出されたデータを出力する出力モジュ
ールとを備えたことを特徴とするリプログラム可能なプ
ログラマブルロジックアレイにある。
【0012】更に本発明の他の目的とする所は、前記A
ND−CAMセルアレイブロック及びOR−CAMセル
アレイブロックの間に接続され、前記マッチ信号を緩衝
するためのバッファモジュールを追加して備えたリプロ
グラム可能なプログラマブルロジックアレイを提供する
にある。
【0013】前記構造により、本発明は特別なプログラ
ムデバイスのための工程が不必要であり、一般的なCM
OS技術であらわすことが可能であり、構造が簡単で、
既存のスタンダードPLAフォーマットをそのまま用い
るため関連ソフトウェア開発を容易にすることができ
る。また、本発明のリプログラム可能なPLAは非常に
早い動作速度を期待することができることの外に、集積
度が高いため多くのゲート数を要求するPLD構造で多
くの使用が期待される。
【0014】
【発明の実施の形態】上述の表1でわかるように、テー
ブルルックアップ方式の一種であるROMは入力をアド
レスしてそのアドレスに該当する内容を出力するように
する。前記PLAも前記ROMのような方式で考えられ
るが、ドントケアビットのため入力とマッチするアドレ
スを検出すると考えるのが一層ハードウェア的な側面で
妥当である。
【0015】さらに、前記ROMの場合に一つの入力組
合せに対しマッチするアドレスは一つであるが、前記P
LAの場合には一つの入力組合せに対し一つ以上のアド
レスがマッチされ得る。
【0016】前記表1の例で、“0,1”及び“1,
0”の入力は“1”の論理値を有する一つの出力を必要
とするが、逆に“0,0”の入力に対しては二つのアド
レスの指定を必要とする。前記表1を参照すると、前記
PLAは入力をAND演算し、そして出力に対してはO
R演算を行う。
【0017】マッチの概念でAND演算を達成しようと
する場合、1ビットの入力に対する論理値は図1A乃至
図1Cのような回路であらわすことができる。図1A
は、1ビットの論理値が“0”である場合の回路構成を
示し、図1Bは1ビットの論理値が“1”である場合の
回路構成を示し、また図1Cは1ビットの論理値がドン
トケアである場合の回路を示す。
【0018】図1A乃至図1Cにおいて、マッチライン
は初期にハイ論理状態にプリチャージーされる。また、
前記マッチラインは、1ビット入力(IN/IN)の論
理値と同じである場合、ロー論理に変化する。
【0019】図2は、ワードの論理値が“10X1”で
あり、入力の論理値が“1101”の場合のアンマッチ
状態を説明する。図2において、2番目の補数ビットが
マッチライン上の“1”の論理値と異なる“0”の論理
値を有し、また、前記2番目の真偽のビット(IN)が
“1”の論理値を有することにより前記マッチラインは
“0”の論理値を出力する。このような形態で、前記P
LAはOR演算をする回路にあらわすことができる。以
上の説明により、前記PLAはマッチ機能を有する二つ
のブロックの回路を連結したものと考えられる。このよ
うなマッチ概念のCAMを用いると、前記PLAをリプ
ログラム可能にあらわすことができる。
【0020】図3A及び図3Bは、PLAに用いられ得
る静的及び動的CAMセルを示す。図3A及び図3Bの
CAMセルは、初期に論理値を一般的な記録手続により
“1”又は“0”の論理値に貯蔵することができる。こ
の場合、ワードラインはハイ論理を維持し、また、前記
真偽及び補数のビットラインには記録しようとする論理
値に該当する適切な論理値のデータ(又はアドレス)が
印加される。
【0021】マッチ動作の際、真偽のビットラインと補
数のビットラインに比較される真偽及び補数のデータが
入力され、マッチの可否によりマッチラインは“0”又
は“1”の論理値を有するようになる。この際、図3A
の静的CAMセルと図3Bの動的CAMセルはドントケ
アの処理により区分される。一般的な静的CAMセルは
前記ドントケアを処理することができない。図3Bの動
的CAMセルはドントケアの状態でプログラムする場
合、記録モードの時に真偽及び補数のビットラインは
“0”の論理値を有するデータを供給される。
【0022】CAMを用いてPLAをあらわす場合、A
ND演算部は“ドントケア”、“0”及び“1”の論理
値を比較することができるCAMセルを必要とし、ま
た、OR演算部は“ドントケア”及び“0”の論理値を
比較することができるCAMセルを必要とする。
【0023】図4は、4個のインバータを含むマスカブ
ル(maskable)CAMセルを含む回路を示す。図4におい
て、二つのインバータ循環ループはそれぞれ一つのNM
OSトランジスタと共に一つのSRAM(Static Random
Access Memory) セルを形成する。前記マスカブルCA
Mセルは前記“ドントケア”の論理値を処理するため、
真偽及び補数のビットライン側に“1”の論理値を有す
る真偽及び補数のビットデータを入力して前記二つのS
RAMセルにそれぞれ貯蔵する。
【0024】図5は、AND−CAMセルアレイブロッ
ク(10)、バッファモジュール(12)及びOR−CAMセル
アレイブロック(14)が直列接続された本発明のリプログ
ラマブルPLAを示す。前記AND−CAMセルアレイ
ブロック(10)及び前記OR−CAMセルアレイブロック
(14)はそれぞれ図4に示したマスカブルCAMセルが多
数組合せられたことにより形成される。また、前記AN
D−CAMセルアレイブロック(10)及びOR−CAMセ
ルアレイブロック(14)は前記PLAテーブルを割当貯蔵
することになる。
【0025】前記AND−CAMセルアレイブロック(1
0)は、貯蔵された論理値と入力論理値をAND演算して
ANDマッチの可否により“0”又は“1”の論理値を
有するマッチ信号を発生する。前記マッチ信号は前記バ
ッファモジュール(12)を経て前記OR−CAMセルアレ
イブロック(14)に供給され、前記OR−CAMセルアレ
イブロック(14)をして前記AND−CAMセルアレイブ
ロック(10)の動作と同様な形態にORマッチ動作を行う
ようにする。
【0026】前記表1のPLAテーブルを用いて図5の
動作を説明すると、入力側のAND−CAMセルアレイ
ブロック(10)は2個の入力と3個のプロダクト(produc
t) を有する6個のCAMセルより成る。この際、前記
AND−CAMセルアレイブロック(10)にに含まれた前
記マスカブルCAMセルは、表1の論理値をそれぞれ貯
蔵することになる。表1での論理値が“1”の場合に前
記マスカブルCAMセルは“1”の論理値を貯蔵する。
逆に、前記表1での論理値が“0”の場合、前記マスカ
ブルCAMセルは“0”の論理値を貯蔵する。また、前
記表1での論理値が“ドントケア”の場合には真偽及び
補数のデータが全て“1”のデータを貯蔵することにな
る。
【0027】また、前記OR−CAMセルアレイブロッ
ク(14)に含まれた前記マスカブルCAMセルは、入力論
理値が“0”の場合に“ドントケア”条件で処理するよ
うプログラムされる。これとは別に、入力論理値が
“1”の場合、前記マスカブルCAMセルは“0”の論
理値を貯蔵するようプログラムされる。この際、前記O
R−CAMセルアレイブロック(14)は出力信号が反転さ
れるようにして出力する。
【0028】前記表1で入力が(0,X)又は(X,
0)の場合、1番目や2番目のプロダクトの結果が1に
なり、またOR演算がアンマッチされることにより前記
OR−CAMセルアレイブロック(14)のマッチラインに
は“0”が出力される。これは前記OR−CAMセルア
レイブロック(14)内のインバージョンロジック回路によ
り前記論理値“1”が反転されることに基づく。また、
(1,1)の場合、OR演算は入力論理値と貯蔵された
論理値がマッチされたものと認識し“1”の論理値を発
生する。前記OR演算の結果“1”は前記インバージョ
ンロジック回路により“0”に反転されて、表1のPL
Aの出力値のような結果が算出されるようになる。
【0029】セルアレイが大きい場合、前記AND又は
OR−CAMセルアレイブロック(10 ,14) のマッチラ
インにそれぞれセンサ回路を用いて速度を高めることが
できる。このようなリプログラマブルPLAの長所の中
の一つは、OR−CAMセルに全て“0”を書き込みす
るとPAL構造で動作することになるため、PLAとP
ALタイプのテーブルの全ての使用が可能である。ま
た、プログラムされたCAMセルの内容を読み出すこと
によりプログラムデバッキング(debugging) が可能とな
る。静的又は動的CAMセルを用いて前述のようにPL
Aをあらわした場合、システムでこのようなリプログラ
ムが可能なPLAの使用は外部にROMやEPROM,
EEPROM等の非揮発性メモリを付加したり、MCU
等のようなプロセッサからプログラムデータをCAM内
容に書き込みして用いる。内容データを書き込みする手
続はAND演算の場合は一般的なSRAMやDRAMの
手続に従う。この時は、ワードラインのアドレシングは
プロダクトラインを順次書き込みすれば良い。一般的な
メモリのようにランダムアクセスは不要なので、このよ
うに順序的なアドレッシングによりハードウェア的な書
き込み手続は単純になる。書き込みモードで書き込みデ
ータをビットラインに入力することと同じく、マッチオ
ペレーションにおいてビットラインで比較データが入力
されるため同様な入力回路を用いることができる。
【0030】図6は、本発明の実施の形態に従うリプロ
グラム可能なPLAを示す。前記PLAは第1記録モジ
ュール(20)、AND−CAMセルアレイブロック(22)、
第1アドレスモジュール(24)及びバッファモジュール(2
6)とを備える。前記第1記録モジュール(20)は前記AN
D−CAMセルアレイブロック(22)に記録されるデータ
及び前記AND−CAMセルアレイブロック(22)により
比較されるデータを入力する。前記AND−CAMセル
アレイブロック(22)は、記録モードの際、前記第1記録
モジュール(20)からのデータを順次記録し、またマッチ
モードの際には前記第1記録モジュール(20)からの比較
用データを既貯蔵されたデータと比較してマッチ信号を
発生する。さらに、前記第1アドレスモジュール(24)
は、記録モードの際、順次アドレスを発生し、前記順次
アドレスを前記AND−CAMセルアレイブロック(22)
に供給してデータが前記AND−CAMセルアレイブロ
ック(22)の貯蔵領域に順次貯蔵することができるように
する。また、前記バッファモジュール(26)は前記AND
−CAMセルアレイブロック(22)からの多数のマッチ信
号を緩衝する機能を有する。
【0031】尚、前記PLAは第2記録モジュール(2
8)、OR−CAMセルアレイブロック(30)、第2アドレ
スモジュール(32)及び出力モジュール(34)を追加して備
える。前記第2記録モジュール(28)は前記OR−CAM
セルアレイブロック(30)に記録されるデータを入力す
る。前記OR−CAMセルアレイブロック(30)は、記録
モードの際、前記第2記録モジュール(28)からのデータ
を順次記録し、またマッチモードの際には前記バッファ
モジュール(26)からのマッチ信号の論理値に該当する貯
蔵領域に貯蔵されたデータを前記出力モジュール(34)側
に出力する。前記第2アドレスモジュール(32)は、記録
モードの際、順次アドレスを発生し、また、前記順次ア
ドレスを前記OR−CAMセルアレイブロック(30)に供
給してデータが前記OR−CAMセルアレイブロック(3
0)の貯蔵領域に順次貯蔵され得るようにする。終りに、
前記出力モジュール(34)は前記OR−CAMセルアレイ
ブロック(30)からのデータを増幅し、前記増幅されたデ
ータを外部に出力する。
【0032】前記OR−CAMセルアレイブロック(30)
は、前記AND−CAMセルアレイブロック(22)と同様
なプログラミング方法ではプログラムできない。これ
は、AND−CAMセルアレイブロック(22)からのマッ
チ信号をビットラインで受けなければならないことに基
づく。このビットラインを記録動作に利用するには、A
ND演算の数が小さい場合はAND演算の数ほどのビッ
トライン幅で書き込みすることが可能である。しかし、
AND演算の数が大きい場合には一つのワードに対する
ビット数がAND演算の数ほどになるためワードライン
抵抗が大きくなる。これは適切な記録駆動機の使用又は
ワードラインのメタルストリッピング(metal strippin
g) 等を介し解決することができる。また、リプログラ
マブルPLAの応用上、速やかな記録速度は要求されな
い。前記OR−CAMセルアレイブロック(30)の記録動
作の後のマッチ動作では、前記AND−CAMセルアレ
イブロック(22)のAND演算により発生したマッチ信号
がOR演算のビットラインへ流入されるため、前記OR
−CAMセルアレイブロック(30)に供給される前記第2
記録モジュール(28)の出力はハイインピーダンスを維持
しなければならない。前記バッファモジュール(26)は速
度や雑音の減少のため用いられ、AND−CAMセルア
レイブロック(22)のサイズが小さい場合は用いられない
場合もある。前記出力モジュール(34)は前記OR−CA
Mセルアレイブロック(30)からのデータを感知及び増幅
する機能がある。また、前記出力モジュール(34)はCA
Mのクラッキング構造により影響を受け、変更され得
る。
【0033】前記初期記録モードで、前記第1及び第2
記録モジュール(20 ,28) と前記第1及び第2アドレス
モジュール(24 ,32) が駆動され、逆にマッチモードで
は前記第1及び第2アドレスモジュール(24 ,32) 及び
第2記録モジュール(28)がディスエーブルされる。
【0034】
【発明の効果】上述したように、本発明のリプログラム
可能なプログラマブルロジックアレイは特別なプログラ
ムデバイスのための工程が不要であり、一般的なCMO
S技術であらわすことが可能であり、構造が簡単で、既
存のスタンダードPLAフォーマットをそのまま用いら
れるため関連ソフトウェアの開発が容易である。また、
本発明のリプログラム可能なプログラマブルロジックア
レイは非常に速やかな動作速度が期待できること以外
に、集積度が高いため多数のゲート数を要求するPLD
構造として多くの使用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1A乃至図1Cは、CAMセルの動作の原理
を説明するための図である。
【図2】図2は、4個のCAMセルのアンマッチ動作の
原理を説明するための図である。
【図3】図3A及び図3Bは、静的CAMセル及び動的
CAMセルを説明する図である。
【図4】図4は、マスク機能を有する静的CAMセルの
原理を説明する図である。
【図5】図5は、本発明のリプログラム可能なプログラ
マブルロジックアレイの概略図である。
【図6】図6は、本発明の実施の形態によるリプログラ
ム可能なプログラマブルロジックアレイのブロック図で
ある。
【符号の説明】
10 AND−CAMセルアレイブロック 12 バッファモジュール 14 OR−CAMセルアレイブロック 20 第1記録モジュール 22 AND−CAMセルアレイブロック 24 第1アドレスモジュール 26 バッファモジュール 28 第2記録モジュール 30 OR−CAMセルアレイブロック 32 第2アドレスモジュール 34 出力モジュール

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 記録されるデータ及び比較されるデータ
    を入力するための第1記録モジュールと、 記録モードの際、前記第1記録モジュールからのデータ
    を順次記録し、マッチモードの際、前記記録モジュール
    からの比較用データを既貯蔵されたデータと比較してマ
    ッチ信号を発生するAND−CAMセルアレイブロック
    と、 記録モードの際、順次アドレスを発生して前記AND−
    CAMセルアレイブロックに供給するための第1アドレ
    スモジュールと、 記録モードの際、記録されるデータを入力するための第
    2記録モジュールと、 記録モードの際、前記第2記録モジュールからのデータ
    をそれ自体内に記録し、マッチモードの際、前記AND
    −CAMセルアレイブロックからのマッチ信号に該当す
    る既貯蔵されたデータを検出するOR−CAMセルアレ
    イブロックと、 記録モードの際、前記順次アドレスを発生して前記OR
    −CAMセルアレイブロックに供給する第2アドレスモ
    ジュールと、 マッチモードの際、前記OR−CAMセルアレイブロッ
    クから検出されたデータを出力する出力モジュールとを
    備えたことを特徴とするリプログラム可能なプログラマ
    ブルロジックアレイ。
  2. 【請求項2】 前記AND−CAMセルアレイブロック
    及びOR−CAMセルアレイブロックの間に接続され、
    前記マッチ信号を緩衝するためのバッファモジュールを
    追加して備えたことを特徴とする請求項1記載のリプロ
    グラム可能なプログラマブルロジックアレイ。
JP7178716A 1994-07-14 1995-07-14 リプログラム可能なプログラマブルロジックアレイ Pending JPH0865150A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR94-16969 1994-07-14
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