复旦大学专用集成电路讲义4.pptVIP

第四章 可编程ASIC 4.2.4互连特性 从互连特性上可将可编程逻辑器件结构分为两大类。 类似PAL的确定型结构， 类似于门阵列的统计型结构 * 复旦大学专用集成电路与系统实验室 * 第四章 可编程ASIC 4.1概述 可编程逻辑器件 (programable Logic Device)简称PLD 70年代 PROM, PLA, PAL 80年代初 GAL Latice 公司 84年 EPLD (CPLD) Altera 公司 85年 FPGA Xilinx 公司 90年代 0.18um, 1.8V, 5~6层布线,几百万门, 速度200MHz,内部RAM, 片内DLL,丰 富的布线资源. 强大的EDA软件和IP 支持,朝高速,高密度,低功耗,大容量 方向发展 第四章 可编程ASIC 4.1概述 可编程ASIC (FPGA,CPLD)特点 规模较大(几千门~几百万门) 适用于时序,组合等各种逻辑电路 大部分具有重复特性 设计周期短,风险小,设计费用低 现场和在系统编程 第四章 可编程ASIC 4.2可编程ASIC器件的结构,资源和分类 4.2.1基本结构 可编程ASIC器件包含有三种编程资源: 可编程逻辑功能块 (LOGIC FUNCTION BLOCKS) 可编程输入输出块 (I/O BLOCKS) 可编程连线资源 (INTERCONECT) 第四章 可编程ASIC 第四章 可编程ASIC 第四章 可编程ASIC 可编程逻辑功能块 (LOGIC FUNCTION BLOCKS) 可编程逻辑块是ASIC器件实现逻辑功能的主要部分。目前的可编程ASIC器件中有三种不同类型的基本逻辑单元 基于查找表的逻辑单元结构 基于多路选择器的逻辑单元结构。 传统可编程阵列逻辑。 第四章 可编程ASIC 可编程输入一输出块I/O提供外部封装腿与内部逻辑块之间的接口。I/O的设计须考虑许多要求 支持输入、输出、双向、集电极开路和三态输出模式 与同一生产厂家的其它可编程ASIC系列芯片接口 可根据需要选择高驱动能力高速或低功耗、低噪声等等。 要求1/0块能兼容多个电压标准 第四章 可编程ASIC 可编程连线资源提供逻辑功能块与逻辑功能块之间及逻辑功能块与I/O之间的连线。 连线资源的延迟特性直接影响芯片的性能。按布线延迟可否预先估算，可编程互连资源可分为统计型和确造型二类 第四章 可编程ASIC 4.2.2编程技术--可编程逻辑器件是通过可编程开关来实现器件内部连线和逻辑功能块的编程控制。习惯上把编程开关的实现方法称为编程技术。 可编程ASIC的编程技术主要可分为 静态RAM (SRAM)编程技术 浮栅编程技术 反熔丝编程技术 第四章 可编程ASIC SRAM编程技术 SRAM编程技术是由静态存贮单元来实现编程控制的。对芯片内阵列分布的SRAM加载不同的配置数据，芯片可实现不同的逻辑功能。 编程控制是用SRAM单元去控制传输门或多路选择器，每个静态存储单元载入配置数据中的一位，控制FPGA逻辑单元阵列中的一个编程选择。采用SRAM编程技术可以重复编程，且电路编程构造与再构造的速度很快 第四章 可编程ASIC 第四章 可编程ASIC SRAM编程技术 采用SRAM编程技术，芯片一旦断电，SRAM编程数据就会丢失，因此使用时需要在ASIC芯片外附加一个非易失性的存储器。通常用一个PROM或EPROM器件实现。并且由于内部编程控制使用大量的传输门开关，使电阻较大，对信号的传输速度有一定影响。每个SRAM编程点一般需要6-7个NMOS管实现，因此芯片的面积相对较大。 第四章 可编程ASIC 第四章 可编程ASIC 采用SRAM 编程技术时，通常将一定格式的配置数据存放于ASIC芯片外附加的PROM或EPROM中，在系统加电进行配置时，将配置数据加入ASIC芯片内的SRAM单元中，亦可由微处理器控制，直接将数据加载SRAM单元中 目前采用SRAM编程技术的ASIC产品，主要有XilinxFPGA各个系列，AlteraFLEX各个系列和APEX系列的产品以及ATT公司的DRCA系列产品等。Actel的系统可编程门阵列 (SPGA)也采用了SRAM编程技术 第四章 可编程ASIC 反熔丝(Antituse)编程技术 反熔丝编程技术是相对于熔丝技术而提出的。熔丝技术用于PROM，PLD器件中，编程时把熔丝编程器件的熔丝烧断。反熔丝技术则相反，编程前，编程器件呈现十分高的阻抗 (100M?),当加上编程电压时，则建立低电阻(500?)，处于永久的导通状态，因而是一次性编程的。 反熔丝编程的优点: 开关面积小，导