SRAM型现场可编程门阵列设计与测试分析
发布时间：2020-08-25 06:37
【摘要】：现场可编程门阵列(FPGA)是一种可通过用户编程来实现各种数字电路的集成电路器件,拥有低成本、低风险、面市时间短等特点,已成为一种独立的数字电路实现方法,给数字系统设计带来革命性的变化。从目前的情况看,国际FPGA设计的技术已经相当先进,而国内FPGA设计还比较落后。通过中美贸易战等事件,使我们充分认识到芯片自主可控的重要性以及国产替代需求的迫切性,这无疑为国内FPGA厂家带来了难得的市场机遇。针对国内FPGA芯片还处于产品化的起步阶段,相关技术还相对落后,各项设计环节的技术积累非常薄弱的现状。本文从实际出发,首先对SRAM型FPGA的体系架构进行了研究,重点对FPGA的可编程逻辑功能块、可编程互连资源、可编程IOB模块的结构进行了分析研究;其次详细描述了SRAM型FPGA电路的设计和仿真验证过程,同时对ESD电路、输出驱动电路、内部振荡器和上电复位等电路进行了仿真优化设计,解决了互连资源中传输管后接反相器会有阈值损失的情况,并根据仿真结果和经验完成了整体版图设计,同时自主研发了码点对比软件用来分析电路工作路径;最后对SRAM型FPGA的测试方法进行了研究,根据电路结构设计手动编写了符合配置功能的布局文件和文件转换软件来满足测试需要,主要对可编程逻辑CLB、可编程IOB和可编程互连资源进行了测试,经验证功能全部正确。该电路作为所在部门的一个实际工程项目,已经在CSMC 0.35微米工艺上成功流片,经验证测试,结果达到了设计要求,满足用户使用需求。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN791
【图文】：
图 2. 1 系统功能框图连线资源逻辑单元阵列中的可编程互连资源提供布线路径，把 IOB 和 CLB 的输连接到逻辑网络中。所有这些连线资源在芯片中都是有 M1 线段和 M的。由处于同一直线中的所有 M1 或者 M1 线段组成线轨。每一个由配的传输晶体管，构成了可编程的互连点和开关矩阵，用以实现选中的金模块管脚之间的必要连接。图 2.2 是一个内部连线资源的例子。XAC提供这些互连的自动布线。为了适应不同的网络互连要求，内部连线资源共分为三种：通常意义上线、直接互连线和长线资源[10]。下面将分别介绍。
图 2. 1 系统功能框图2.2 连线资源逻辑单元阵列中的可编程互连资源提供布线路径，把 IOB 和 CLB 的输入和输出连接到逻辑网络中。所有这些连线资源在芯片中都是有 M1 线段和 M2 线段组成的。由处于同一直线中的所有 M1 或者 M1 线段组成线轨。每一个由配置位控制的传输晶体管，构成了可编程的互连点和开关矩阵，用以实现选中的金属片断和模块管脚之间的必要连接。图 2.2 是一个内部连线资源的例子。XACT 开发系统提供这些互连的自动布线。为了适应不同的网络互连要求，内部连线资源共分为三种：通常意义上的内部连线、直接互连线和长线资源[10]。下面将分别介绍。
图 2. 3 通常意义上的内部连线2.2.2 直接互连线直接互连线如图 2.4 所示，主要用来提供相邻 CLB 或 IOB 模块之间的有效的实现方法。采用直接互连，模块到模块的布线信号其互连传播延而且不占用通常意义上的内部连线资源。对每个 CLB，X 输出可直接右边的 CLB 的 B 输入和相邻左边 CLB 的 C 输入。Y 输出可使用直接驱动 CLB 模块上方的 D 输入和下方的 A 输入。直接互连资源主要用来高性能部分的速度最大化。当 CLB 处于芯片四周边上时，也就是说它元为 IOB 时，直接互连线提供了到 IOB 的输入或输出的连线。
本文编号：2803386
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN791
【图文】：
图 2. 1 系统功能框图连线资源逻辑单元阵列中的可编程互连资源提供布线路径，把 IOB 和 CLB 的输连接到逻辑网络中。所有这些连线资源在芯片中都是有 M1 线段和 M的。由处于同一直线中的所有 M1 或者 M1 线段组成线轨。每一个由配的传输晶体管，构成了可编程的互连点和开关矩阵，用以实现选中的金模块管脚之间的必要连接。图 2.2 是一个内部连线资源的例子。XAC提供这些互连的自动布线。为了适应不同的网络互连要求，内部连线资源共分为三种：通常意义上线、直接互连线和长线资源[10]。下面将分别介绍。
图 2. 1 系统功能框图2.2 连线资源逻辑单元阵列中的可编程互连资源提供布线路径，把 IOB 和 CLB 的输入和输出连接到逻辑网络中。所有这些连线资源在芯片中都是有 M1 线段和 M2 线段组成的。由处于同一直线中的所有 M1 或者 M1 线段组成线轨。每一个由配置位控制的传输晶体管，构成了可编程的互连点和开关矩阵，用以实现选中的金属片断和模块管脚之间的必要连接。图 2.2 是一个内部连线资源的例子。XACT 开发系统提供这些互连的自动布线。为了适应不同的网络互连要求，内部连线资源共分为三种：通常意义上的内部连线、直接互连线和长线资源[10]。下面将分别介绍。
图 2. 3 通常意义上的内部连线2.2.2 直接互连线直接互连线如图 2.4 所示，主要用来提供相邻 CLB 或 IOB 模块之间的有效的实现方法。采用直接互连，模块到模块的布线信号其互连传播延而且不占用通常意义上的内部连线资源。对每个 CLB，X 输出可直接右边的 CLB 的 B 输入和相邻左边 CLB 的 C 输入。Y 输出可使用直接驱动 CLB 模块上方的 D 输入和下方的 A 输入。直接互连资源主要用来高性能部分的速度最大化。当 CLB 处于芯片四周边上时，也就是说它元为 IOB 时，直接互连线提供了到 IOB 的输入或输出的连线。
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本文编号：2803386
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