Qu’est-ce qu’un dispositif logique programmable (PLD) ?
Les PLD (dispositifs logiques programmables) sont des circuits intégrés dont les circuits logiques internes peuvent être définis et modifiés par l’utilisateur après la fabrication.
Par rapport aux ASIC (circuits intégrés qui combinent des circuits à fonctions multiples en un seul pour des applications spécifiques) et aux ASSP (LSI avec des fonctions et des objectifs spécialisés pour des domaines et des applications limités), les PLD offrent une plus grande souplesse de conception et des coûts moins élevés. Par conséquent, ils sont largement utilisés dans une variété de dispositifs électroniques.
Il existe différents types de PLD, notamment les FPGA (Field Programmable Gate Arrays) et les CPLD (Complex Programmable Logic Devices). Les FPGA sont des PLD comportant de nombreux circuits qui effectuent des opérations logiques, appelés réseaux de portes. Les CPLD ont moins de réseaux de portes que les FPGA, mais sont des PLD moins chers que les FPGA.
Utilisations des dispositifs logiques programmables (PLD)
En raison de leur grande flexibilité et de leur efficacité, les dispositifs logiques programmables (PLD) sont largement utilisés dans de nombreuses industries. Des cas d’utilisation spécifiques sont décrits ci-dessous.
1. Industrie des télécommunications
Dans l’industrie des télécommunications, il est courant que les conceptions matérielles changent fréquemment en raison de la nécessité de protocoles de communication plus diversifiés et plus rapides. Dans ces circonstances, les dispositifs logiques (PLD) tirent parti de leur nature reprogrammable pour permettre une reconception rapide du matériel. Cela réduit considérablement le temps nécessaire pour s’adapter aux nouvelles normes de communication et permet une mise sur le marché plus rapide.
2. Industrie automobile
L’industrie automobile adopte les PLD pour raccourcir les cycles de développement en réponse à l’évolution et à la normalisation rapides des systèmes avancés d’aide à la conduite et des expériences embarquées. Les PLD sont également utilisés pour répondre aux normes de sécurité et pour la commande des moteurs et la gestion des batteries dans les véhicules hybrides et électriques.
3. Industrie de l’électronique grand public
Les fabricants d’appareils électroniques grand public sont confrontés à une forte concurrence et doivent répondre rapidement aux demandes changeantes des consommateurs. Ils sont utilisés pour prendre en charge diverses normes vidéo et pour ajouter des fonctions d’intelligence artificielle.
Principe des dispositifs logiques programmables (PLD)
Les principes des dispositifs logiques programmables (PLD) nécessitent une compréhension de la structure interne et du langage de description du matériel. L’utilisation de structures internes et de HDL permet aux PLD d’être très flexibles et efficaces, ce qui les rend adaptables à un large éventail d’applications.
1. Structure interne des dispositifs logiques programmables
La structure interne de base d’un PLD se compose de portes logiques programmables et de connexions programmables pour relier ces portes. Les portes logiques sont des dispositifs électroniques qui effectuent des opérations logiques spécifiques (ET, OU, etc.) sur des signaux d’entrée, qui peuvent être combinés pour mettre en œuvre des fonctions logiques complexes.
Les PLD s’étendent des dispositifs de base au niveau des portes (par exemple, les réseaux logiques programmables (PAL) et des réseaux logiques programmables (PAL)) à des dispositifs dotés de fonctions plus sophistiquées (par exemple, les dispositifs logiques programmables complexes (CPLD) et des réseaux de portes programmables sur le terrain (FPGA)).
2. Langages de description du matériel
Les langages de description du matériel (HDL) sont utilisés pour programmer les PLD. Les HDL sont des langages de programmation spéciaux pour décrire les systèmes numériques et sont souvent utilisés pour la conception logique et physique.
Les HDL comprennent le VHDL (anglais : VHSIC Hardware Description Language) et le Verilog, etc. En utilisant le HDL, les ingénieurs peuvent décrire avec précision le comportement du matériel et simuler son fonctionnement. De plus, cette description est convertie par l’outil en un réseau de portes logiques, qui sont finalement programmées dans un dispositif logique (PLD).
Types de dispositifs logiques programmables (PLD)
Les PLD peuvent être classés en différents types en fonction de leur structure interne et de leur programmabilité. Les principaux types sont énumérés ci-dessous :
1. Programmable Logic Device (PLA )
Un PLA est l’un des dispositifs logiques programmables les plus basiques. Il possède un réseau de portes logiques, qui peuvent être programmées pour exécuter des fonctions logiques spécifiques.
2. Logique à réseau programmable (PAL)
Le PAL dispose d’un réseau ET programmable et d’un réseau OU fixe. Il convient aux circuits simples de quelques centaines de portes.
3. Dispositif logique programmable complexe (CPLD)
Les CPLD ont un plus grand nombre de portes que les PAL et conviennent à la conception de systèmes numériques plus importants. Les CPLD ont une plus grande densité et une plus grande capacité, ce qui permet d’intégrer plusieurs dispositifs en un seul et de rendre la complexité du système plus gérable.
4. Réseaux de portes programmables (FPGA)
Les FPGA sont les dispositifs logiques programmables les plus sophistiqués, contenant jusqu’à des millions de portes logiques sous forme programmable. Les FPGA ont un haut degré de flexibilité et sont utilisés pour la conception et le prototypage de très grands systèmes numériques.