現(xiàn)場可編程門陣列FPGA（Field-Programmble Gate Arrays）是一種包含可編程邏輯模塊和布線資源,通過用戶編程來實現(xiàn)各種功能的器件。FPGA具有靈活性好、成本低、風(fēng)險低、開發(fā)周期短等優(yōu)點。反熔絲型FPGA通過對內(nèi)部反熔絲的一次性燒錄來實現(xiàn)相應(yīng)的功能,這種特點使得它被廣泛用于需要可靠性高、保密性強(qiáng)、抗輻射等特性的場合,特別是航空航天與軍用領(lǐng)域。本文首先詳細(xì)介紹了FPGA的國內(nèi)外發(fā)展以及特點,比較了目前FPGA三種可編程技術(shù)的優(yōu)缺點與適用領(lǐng)域,將反熔絲FPGA作為研究對象。其次介紹了反熔絲FPGA的體系結(jié)構(gòu),對布線結(jié)構(gòu)、邏輯模塊以及輸入/輸出模塊作了細(xì)致的描述,總的來說,對邏輯單元的配置也就是對布線資源的分配。接下來研究了邏輯單元的實現(xiàn)方式與邏輯模塊的應(yīng)用,通過邏輯驗證與仿真驗證了實現(xiàn)單元的配置的正確性,并構(gòu)建了基于Actel公司42MX系列邏輯模塊的邏輯單元庫。在這基礎(chǔ)上,本文提出了一個反熔絲FPGA CAD系統(tǒng)設(shè)計流程,以MCNC基準(zhǔn)電路為測試電路,通過該設(shè)計軟件讀取邏輯單元庫,成功完成了自動布局布線。測試結(jié)果驗證了邏輯單元庫的適用性,同時也驗證了反熔絲FPGA... 

【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：59 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

管SRAM單元結(jié)構(gòu)

圖 1-3 EPROM 浮柵管結(jié)構(gòu)第三種技術(shù)為反熔絲編程技術(shù)。反熔絲在編程之前是開路的，需要編程時，通過在反熔絲兩端施加高壓，使反熔絲局部的小區(qū)域內(nèi)具有相當(dāng)高的電流密度，瞬間產(chǎn)生巨大的熱功耗，將電介質(zhì)融化形成永久性通路。反熔絲的電阻、電容及編程特性與其實現(xiàn)工藝密切相關(guān)。就其中一種“金屬—金屬”(Metal-to-Metal，M2M)的工藝來說，反熔絲熔斷后電阻只有 20~100 歐姆，電容也極小，傳輸延遲遠(yuǎn)優(yōu)于 SRAM，且無靜態(tài)功耗，是一種非常理想的編程技術(shù)[7]。反熔絲編程技術(shù)也有明顯的缺點，既是其只能燒寫一次，不能重復(fù)使用。且可靠性檢測較為復(fù)雜。另外，由于反熔絲具有特殊工藝，其工藝往往要落后于最新工藝節(jié)點，規(guī)模和密度相比 SRAM 較低。雖然反熔絲 FPGA 失去了反復(fù)可編程的靈活性，但是大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時，保密性也大大增強(qiáng)。反熔絲還天生具有抗輻照特性，這使得這種結(jié)構(gòu)的 FPGA 在環(huán)境苛刻的場合例如航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要的地位。

圖 1-4 M2M 反熔絲結(jié)構(gòu)GA 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，特別是美國對于 FPGA 的研究發(fā)展較早，至今已有了幾十年分 FPGA 的技術(shù)和生產(chǎn)由美國幾家公司壟斷，例如 Xilinx、Alt有了絕大部分的市場份額，并且該壟斷趨勢絲毫沒有下減之勢對于我國的 FPGA 產(chǎn)品和設(shè)計施行苛刻的審查政策，使得國家的發(fā)展受到嚴(yán)重阻礙。為了打破這種嚴(yán)重不平衡的美國企業(yè)與斷趨勢，研究開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的 FPGA 對國家意義深遠(yuǎn)。內(nèi)對 FPGA 的研究比較落后，整體技術(shù)落后數(shù)年，對國外的技度較大，國內(nèi)大部分公司處于學(xué)習(xí)發(fā)展階段。雖然國內(nèi)出現(xiàn)了FPGA 產(chǎn)品，但推廣力度不大，沒有得到廣泛應(yīng)用。欣慰的是近 FPGA 領(lǐng)域的開拓力度越來越大，配套的技術(shù)也在不斷發(fā)展完在大力扶植集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在 2006 年與 2011 年頒布了“18 號文”，希望將集成電路做大做強(qiáng)。相信隨著時間的發(fā)展與政策

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]FPGA器件設(shè)計技術(shù)發(fā)展綜述[J]. 楊海鋼,孫嘉斌,王慰.  電子與信息學(xué)報. 2010(03)
[2]關(guān)于我國集成電路產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展思考[J]. 俞忠鈺.  中國集成電路. 2006(02)

博士論文
[1]可編程邏輯核關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 謝小東.電子科技大學(xué) 2011

碩士論文
[1]基于反熔絲技術(shù)的FPGA設(shè)計研究[D]. 張旭.江南大學(xué) 2012
[2]反熔絲FPGA設(shè)計技術(shù)研究[D]. 石雅先.電子科技大學(xué) 2011



本文編號：3526981