可配置端口電路是FPGA芯片與外圍電路連接關(guān)鍵的樞紐，它有諸多功能：芯片與芯片在數(shù)據(jù)上的傳遞(包括對(duì)輸入信號(hào)的采集和輸出信號(hào)輸出)，電壓之間的轉(zhuǎn)換，對(duì)外圍芯片的驅(qū)動(dòng)，完成對(duì)芯片的測(cè)試功能以及對(duì)芯片電路保護(hù)等。 本文采用了自頂向下和自下向上的設(shè)計(jì)方法，依據(jù)可配置端口電路能實(shí)現(xiàn)的功能和工作原理，運(yùn)用Cadence的設(shè)計(jì)軟件，結(jié)合華潤(rùn)上華0.5μm的工藝庫(kù)，設(shè)計(jì)了一款性能、時(shí)序、功耗在整體上不亞于xilinx4006e[8]的端口電路。主要研究以下幾個(gè)方面的內(nèi)容： 1.基于端口電路信號(hào)寄存器的采集和輸出方式，本論文設(shè)計(jì)的端口電路可以通過配置將它設(shè)置成單沿或者雙沿的觸發(fā)方式[7]，并完成了Verilog XL和Hspiee的功能和時(shí)序仿真，且建立時(shí)間小于5ns和保持時(shí)間在0ns左右。和xilinx4006e[8]相比較滿足設(shè)計(jì)的要求。 2.基于TAP Controller的工作原理及它對(duì)16種狀態(tài)機(jī)轉(zhuǎn)換的控制，對(duì)16種狀態(tài)機(jī)的轉(zhuǎn)換完成了行為級(jí)描述和實(shí)現(xiàn)了捕獲、移位、輸出、更新等主要功能仿真。 3.基于邊界掃描電路是對(duì)觸發(fā)器級(jí)聯(lián)的構(gòu)架這一特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一款邊界掃描電路，并運(yùn)用Verilog XL和Hspiee對(duì)它進(jìn)行了功能和時(shí)序的仿真。達(dá)到對(duì)芯片電路測(cè)試設(shè)計(jì)的要求。 4.對(duì)于端口電路來講，有時(shí)需要將從CLB中的輸出數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)異或、同或、與以及或的功能，為此本文采用二次函數(shù)輸出的電路結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)以上的功能，并運(yùn)用Verilog XL和Hspiee對(duì)它進(jìn)行了功能和時(shí)序的仿真。滿足設(shè)計(jì)要求。 5.對(duì)于0.5μm的工藝而言，輸入端口的電壓通常是3.3V和5V，為此根據(jù)設(shè)置不同的上、下MOS管尺寸來調(diào)整電路的中點(diǎn)電壓，將端口電路設(shè)計(jì)成3.3V和5V兼容的電路，通過仿真性能上已完全達(dá)到這一要求。此外，在輸入端口處加上擴(kuò)散電阻R和電容C組成噪聲濾波電路，這個(gè)電路能有效地抑制加到輸入端上的白噪聲型噪聲電壓[2]。 6.在噪聲和延時(shí)不影響電路正常工作的范圍內(nèi)，具有三態(tài)控制和驅(qū)動(dòng)大負(fù)載的功能。通過對(duì)管子尺寸的大小設(shè)置和驅(qū)動(dòng)大小的仿真表明：在實(shí)現(xiàn)TTL高電平輸出時(shí)，最大的驅(qū)動(dòng)電流達(dá)到170mA，而對(duì)應(yīng)的xilinx4006e的TTL高電平最大驅(qū)動(dòng)電流為140mA[8]；同樣，在實(shí)現(xiàn)CMOS高電平最大驅(qū)動(dòng)電流達(dá)到200mA,而xilinx4006e的CMOS驅(qū)動(dòng)電流達(dá)到170[8]mA。 7.與xilinx4006e端口電路相比，在延時(shí)和面積以及功耗略大的情況下，本論文研究設(shè)計(jì)的端口電路增加了雙沿觸發(fā)、將輸出數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)二次函數(shù)的輸出方式、通過添加譯碼器將配置端口的數(shù)目減少的新的功能，且驅(qū)動(dòng)能力更加強(qiáng)大。
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