fpga中多标准io端口设计

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1、FPGA中多标准IO端口设计【摘要】现场可编程门阵(FPGA，FieldProgrammableGateArray)是可编程逻辑器件的一种。FPGA已广泛地运用于通信领域、消费类电子和车用电子。I／O端口模块是FPGA中最主要的几个大模块之一，它的主要作用是提供封装引脚到CLB之间的接口，将外部信号引入FPGA内部进行逻辑功能的实现并把结果输出给外部电路，并且根据需要可以进行配置来支持多种不同的接口标准。FPGA允许使用者通过不同编程来配置实现各种逻辑功能，在I/O端口中它可以通过选择配置方式来兼容不同信号标准的I／O缓冲器电路。【关

2、键词】现场可编程门阵列输入／输出I／O标准一．FPGA概述FPGA是英文FieldProgrammableGate5Array的缩写，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。FPGA能完成任何数字器件功能，上至高性能CPU,下至简单ASIC电路，都可以用FPGA来实现。利用FPGA，工程师可以通过传统的原理图输入法，或是硬件描述语言自由设计一个数字系统。通过软件仿真，我们可以事先验证设计的正确性。在PCB完成以后，还可以利

3、用FPGA在线修改能力，随时修改设计而不必改动硬件电路。使用FPGA来开发数字电路，可以大大缩短设计时间，减少PCB面积，提高系统的可靠性。FPGA的这些优点使得FPGA技术在90年代以后得到飞速的发展，同时也大大推动了EDA软件和硬件描述语言(HDL)的进步。FPGA包括3个大模块和若干小模块。3个大模块指：(1)可配置逻辑模块CLB(ConfigurableLogicBlock)；(2)输出输入模块lOB(InputOutputBlock)；(3)内部连线(Interconnect)。这3部分占据了整块芯片90％以上的面积。此外，

4、FPGA还包括一些周边电路，如配置电路模块、边界扫描／回读模块、DLL时钟控制模块、上电复位模块、电压补偿模块等，它们大多分布在芯片边界，共同完成FPGA功能。二．I／O模块描述FPGA中的I／O接口的主要作用是提供封装引脚到CLB(ConfigurableLogicBlock)之间的接口，将外部信号引入FPGA内部进行逻辑功能的实现并把结果输出给外部电路，并且根据需要可以进行配置来支持多种不同的接口标准.图1基本ActelFPGA结构Actel5FPGA系列都有一个稍微不同的I/O模块。在ACT1系列里的简单I/O模块优化了低耗费，

5、还有综合系列里面的门闩I/O模块提供了一个在速度与价格间的平衡。ACT3里的注册I/O模块在同步应用上为了高速度被优化。要了解关于每种I/O模块的更多知识，参考相关的设备产品说明书和应用知识。用于ACT1系列的简单I/O模块（图2所示）是Actel最初发展得I/O模块，也是与逻辑阵列相连的一个简单I/O缓冲器。全部输入，输出和三门控制信号都能应用于阵列。输出是相兼容的晶体管-晶体管逻辑(电路)和互补金属氧化物半导体，并且在电流晶体管-晶体管逻辑(电路)级别上电流时10mA。图2简单I/O模块三．多标准IO电路单元模块的实现FPGA中的

6、I／O接口的主要作用是提供封装引脚到CLB之间的接口，将外部信号引入FPGA内部进行逻辑功能的实现并把结果输出给外部电路，并且根据需要可以进行配置来支持多种不同的接口标准。例如Virtex．E型号FPGA中高灵活性SelectI／O技术一共支持了20种高性能接口标准。如表3。表3Virtex．E型号FPGA支持的IO标准5因为I／O电路主要作用是为数字逻辑电路(CLB)提供输出驱动能力与输入驱动能力的一个接口电路，如果没有该电路，那么数字电路的输出将只有一个电压标准(芯片工作电压)，而且也不能满足外部驱动能力的要求。因此所谓不同的接口

7、标准，实际上体现在I／O上就是不同接口标准对输出电压与输出电流大小的要不同，I／O接口电路显然是不能简单的用一个由Buffer缓冲器来代替。根据图3．1可以得知Virtcx．E的FO需要支持20种不同的接口标准，而Virtex．E仅仅是Virtcx系列比较早期的型号，越为先进的型号，它们支持的I／O标准数量越多。为了适应越来越繁多、层出不穷的I／O标准，FPGA的多标准IO接口模块设计必须按照一个核心思想：不去考虑各种不同接口协议的具体编码规则，而是着重于不同接口协议的电气特性参数有哪些不同。不同I／O标准的电压、电流要求不同。四．I

8、／O接口电路测试方案由于设计的I/O接口电路每次只能支持一种接口标准的输入输出功能，因此如果采用传统单次功能配置的方法将会导致配置次数数量极为庞大。所以，I／O在进行功能测试时，可以采用交叉互补配置原理的测试方法，即对芯