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FPGA芯片APA150及其应用

2017-08-30 05:33 摘要：APA150是Actel公司推出的第二代基于Flash的可编程FPGA器件系列ProASIC Plus中的一种，非常适合替代ASIC用于航空、消费电子、工业控制、网络和通信市场。文章介绍了APA150的主要特点、内部结构、主要性能参数，给出了APA150在通信系统设计中的应用实例。

１　概述

ＡＰＡ１５０是Ａｃｔｅｌ公司推出的第二代基于Ｆｌａｓｈ（闪存）的可编程ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ，现场可编程门阵列）器件ＰｒｏＡＳＩＣ Ｐｌｕｓ系列中的一种。该系列器件兼具ＡＳＩＣ（专用集成电路）的性能和ＦＰＧＡ的灵活性于一身，因此，可非常经济地替代Ａ-ＳＩＣ用于航空、消费电子、工业控制、网络和通信市场。ＰｒｏＡＳＩＣ Ｐｌｕｓ系列产品的主要特点如下：

●系统内可重复编程；

●非易失，采用０．２２μｍ标准ＣＭＯＳ工艺，内置Ｆｌａｓｈ单元，具有安全的非易失代码存储功能，上电即可运行，无需额外配置ＰＲＯＭ存储器；

●高度保密，使用者可编程设置多位密钥以阻止外界自行读取或更改器件的配置；

●功耗低熜酒核心电压为２．５Ｖ；

●具有与ＡＳＩＣ类似的精细颗粒架构，支持流行的ＡＳＩＣ工具流程，因而可缩短产品上市时间，便于转换到ＡＳＩＣ。

２　内部结构和工作原理

ＡＰＡ１５０主要由逻辑单元块、嵌入式ＲＡＭ块、Ｉ／Ｏ块和可编程连线等几个部分构成，块与块之间用不同等级的连接线和Ｆｌａｓｈ开关相连。

逻辑单元是ＰｒｏＡＳＩＣ Ｐｌｕｓ器件的基本组成单元，用以实现基本的逻辑功能。ＡＰＡ１５０内部有６１４４个逻辑单元，每个逻辑单元有三个输入端和一个输出端。通过适当编程配置Ｆｌａｓｈ开关的状态，可将逻辑单元设置成为具有三个输入的、除了异或功能之外的任意逻辑功能块，例如与非门、具有清零或置位端的锁存器或Ｄ触发器等。多个逻辑单元互连还可以实现更复杂的逻辑功能。一般的复杂性和随机性设计可在逻辑单元中实现，但为了提高硅片的利用率和器件的性能，一些较为复杂的功能应通过内嵌的随机存储单元来完成。

ＡＰＡ１５０内嵌１６个共３６ｋｂｉｔｓ的ＲＡＭ块（２５６×９），这些ＲＡＭ块可以非常方便地实现一些规模不太大的ＦＩＦＯ、双端口ＲＡＭ等功能。每个ＲＡＭ块均包含如下３个部分：

（１）数据区；

（２）总线，包括９位输入数据总线（第９位是奇偶极性位）、读和写各８位地址总线和输出数据总线；

（３）读／写控制，读和写可以独立编程配置为同步或异步工作方式，以适应电路设计的灵活性和时序安排。

另外可以根据设计要求级联或堆叠多个ＲＡＭ块，以得到更大的宽度或深度。因为这些片内存储器的读、写比片外ＲＡＭ快得多。

Ｉ／Ｏ块主要用于提供管脚到内部信号线的接口煵⒏涸鹗淙胧涑龅牡缙特性控制。通过编程配置Ｉ／Ｏ块可使Ｉ／Ｏ管脚具有输入、输出、双向缓冲或三态驱动等功能，其内部结构如图１所示。将控制上拉电阻接到每个Ｉ／Ｏ管脚可以防止器件在非正常工作时管脚出现悬浮；通过控制输出信号的电压摆率可满足低噪声或高转换速度的要求。如将ＶＤＤＰ接到电源，那么，当ＶＤＤＰ为２．５Ｖ时，输入电压或输出高电平为２．５Ｖ；而当ＶＤＤＰ为３．３Ｖ时，输入电压可为２．５Ｖ／３．３Ｖ，输出电平则与２．５Ｖ或３．３Ｖ系统兼容。