FPGA中多標(biāo)準(zhǔn)可編程IO端口的設(shè)計(jì).pdf

1、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA，F(xiàn)ield Programmable Gate Array)是可編程邏輯器件的一種，它的出現(xiàn)是隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計(jì)與制造集成電路的任務(wù)已不完全由半導(dǎo)體廠商來獨(dú)立承擔(dān)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)師們更愿意自己設(shè)計(jì)專用集成電路(ASIC，Application Specific Integrated Circuit)．芯片，而且希望ASIC的設(shè)計(jì)周期盡可能短，最好是在實(shí)驗(yàn)室里就能設(shè)計(jì)出合適的ASIC芯片，并且立即投入實(shí)際應(yīng)用

2、之中?，F(xiàn)在，F(xiàn)PGA已廣泛地運(yùn)用于通信領(lǐng)域、消費(fèi)類電子和車用電子。 本文中涉及的I/O端口模塊是FPGA中最主要的幾個大模塊之一，它的主要作用是提供封裝引腳到CLB之間的接口，將外部信號引入FPGA內(nèi)部進(jìn)行邏輯功能的實(shí)現(xiàn)并把結(jié)果輸出給外部電路，并且根據(jù)需要可以進(jìn)行配置來支持多種不同的接口標(biāo)準(zhǔn)。FPGA允許使用者通過不同編程來配置實(shí)現(xiàn)各種邏輯功能，在IO端口中它可以通過選擇配置方式來兼容不同信號標(biāo)準(zhǔn)的I/O緩沖器電路?？傮w而言，可

3、選的I/O資源的特性包括：IO標(biāo)準(zhǔn)的選擇、輸出驅(qū)動能力的編程控制、擺率選擇、輸入延遲和維持時間控制等。 本文是關(guān)于FPGA中多標(biāo)準(zhǔn)兼容可編程輸入輸出電路(Input/Output Block)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，該課題是成都華微電子系統(tǒng)有限公司FPGA大項(xiàng)目中的一子項(xiàng)，目的為在更新的工藝水平上設(shè)計(jì)出能夠兼容單端標(biāo)準(zhǔn)的I/O電路模塊；同時針對以前設(shè)計(jì)的I/O模塊不支持雙端標(biāo)準(zhǔn)的缺點(diǎn)，要求新的電路模塊中擴(kuò)展出雙端標(biāo)準(zhǔn)的部分。文中以低壓雙端

4、差分標(biāo)準(zhǔn)(LVDS)為代表構(gòu)建雙端標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)轉(zhuǎn)換電路，與單端標(biāo)準(zhǔn)比較，LVDS具有很多優(yōu)點(diǎn)： (1)LVDS傳輸?shù)男盘枖[幅小，從而功耗低，一般差分線上電流不超過4mA，負(fù)載阻抗為100Ω。這一特征使它適合做并行數(shù)據(jù)傳輸。 (2)LVDS信號擺幅小，從而使得該結(jié)構(gòu)可以在2.5V的低電壓下工作。 (3)LVDS輸入單端信號電壓可以從0V到2.4V變化，單端信號擺幅為400mV，這樣允許輸入共模電壓從0.2V到2.2V范

5、圍內(nèi)變化，也就是說LVDS允許收發(fā)兩端地電勢有±1V的落差。 本文采用0.18μm1.8V/3.3V混合工藝，輔助Xilinx公司FPGA開發(fā)軟件ISE，設(shè)計(jì)完成了可以用于Virtex系列各低端型號FPGA的IOB結(jié)構(gòu)，它有靈活的可配置性和出色的適應(yīng)能力，能支持大量的I/O標(biāo)準(zhǔn)，其中包括單端標(biāo)準(zhǔn)，也包括雙端標(biāo)準(zhǔn)如LVDS等。它具有適應(yīng)性的優(yōu)點(diǎn)、可選的特性和考慮到被文件描述的硬件結(jié)構(gòu)特征，這些特點(diǎn)可以改進(jìn)和簡化系統(tǒng)級的設(shè)計(jì)，為最終