一文教会你快速选型FPGA芯片

2019-01-22 14:19:08 来源:elecfans
标签:

 

如果你在采用FPGA的电路板设计方面的经验很有限或根本没有,那么在新的项目中使用FPGA的前景就十分堪忧——特别是如果FPGA是一个有1000个引脚的大块头。继续阅读本文将有助于你的FPGA选型和设计过程,并且有助于你规避许多难题。

 

选取一家供应商

你面临的第一个问题当然是供应商和器件的选择。通常供应商决策倾向于你以前接触最多的那家——如果你是一位FPGA初学者当然另当别论了。或许这个决策早已由设计内部逻辑的工程师(也许就是你)依据熟悉的供应商或第三方IP及其成本完成了。

 

供应商的软件工具也会影响到上述决策。下载并使用这些软件工具,不需要硬件就能将设计带入仿真阶段。这也是判断需要多大规模的FPGA的一种方式,前提是你的内部逻辑设计基本做完了。

 

要想知道FPGA的水有多深,需要多逛逛各家供应商的网站。如果你想从这些网站提供的海量(而且并不总是想象中那么清晰的)信息中有所收获,必须确保你有一整天空闲的时间。Altera和赛灵思公司是在市场份额和前沿技术方面都遥遥领先的两家公司。它们的器件使用内部配置RAM,因此要求使用存放配置数据的外部ROM来“启动”器件(两家公司也都有些小的非易失性CPLD类产品)。值得考虑的其它供应商还有Microsemi/Actel、莱迪思和赛普拉斯。它们的器件功能包括非常低的静态功耗、用于“即时开机”启动的基于ROM的配置和模拟外设。

 

好了,至此供应商问题解决了。接下来是选取FPGA的系列和规模。供应商都会将它们的产品细分成多个系列,通常以低端、中端和高端性能(和规模)这样的模糊概念加以区分。片上RAM需要多大?要多少DSP/乘法模块,或千兆位收发器?你可能需要通读一遍数据手册,找出诸如最大时钟频率和I/O时延等参数来帮助你选择正确的系列。需要重申的是,拥有HDL代码是有很大帮助的,因为设计软件可以让你知道适合哪种器件,它们是否能够满足你的性能要求。

 

 

你的应用还可以从不改变PCB就能更新器件中受益。一些FPGA系列包含众多引脚兼容的器件,可以在需要时让你切换到更大(或更便宜和更小)的器件。只是要确保针对最少数量的引脚输出进行设计。

 

不要忘了考虑其它一些细节,比如如何为不同的供电电压和I/O标准划分I/O组、PLL要求以及DDR接口要求。

 

我们需要更多的功率

通常很难计算一块电路板要求的最大电流。但FPGA电源设计相当有技巧。FPGA所需电流很大程度上取决于逻辑设计和时钟频率。同样一个器件在一个设计中可能只需0.5W,而在另一个设计中可能高达5W。

 

开发工具(或一个独立的程序或电子数据表)应该可以为给定设计提供功率预估值,但它们需要从你那儿得到许多附加信息,其中一些可能只是有根据的推测。如果有FPGA开发板,就应该有方法测量各种情况下的供电电流。一些开发板甚至内嵌电流计显示器!只是要确保增加足够多的余量来应对设计更改以及特殊工艺/温度要求。

 

下面是“难题”可能会出现的时候:

● 做热分析,并在必要时增加散热器。

● FPGA要求按顺序加电吗?(你的设计很容易出现5个或6个电源)

● 至少可能需要一个“安静的”电源,通常用于片上PLL。可以使用LDO加上一些无源滤波器件。千兆位收发器电源也能从低噪声中受益。

● 确保你理解FPGA在上电和初始化时在做什么事。许多器件在这个时候需要抽取很大的电流。

 

关于引脚及其它

接下来可以认真考虑引脚分配这件大事了。同样,如果你的逻辑设计已经达到可以被编译的阶段,就让设计软件来提供帮助吧,或至少在做电路板之前验证你分配的引脚是可行的。你当然已经处理过明显的资源,比如根据供电电压划分I/O组,确保诸如LVDS、SSTL或内部50Ω终端等“特殊”引脚设置兼容它们所在的组和供电电压。

 

但在许多器件中存在更深层次的微妙关系:在“不要在单端信号的2个IC绑定焊盘内放置差分对”,或“类似于参考电压的输入必须距离时钟信号至少3个焊盘远”等字里行间隐含着复杂的规则。这些规则很容易让人发疯。如果让人不堪忍受,就让设计软件为你指出违例吧。如果你不这样做,那么这些问题肯定会让你疲惫不堪。

 

接地反弹或并发开关噪声(SSN)是另外一个考虑因素。由于FPGA的应用方式太多,所以供应商经常为最好的场景设计电源分配方案。如果你的设计要充分发挥I/O功能,比方使用数量很多的快速同时开关输出,那么你可能需要“减少”实际可以使用的引脚数量。尽量减小驱动和压摆率设置通常是一个好主意。设计软件也可能帮助进行SSN分析。我认为减小SSN的一个技巧是将未用引脚连接到地,然后在设计文件中将它们设置为输出,驱动‘0’。这些引脚将被用作伪地引脚,虽然质量没有真实地好。

 

交付

现在是将凝聚了你心血的产品交付给PCB版图设计的时候了。这里我不想深入讨论PCB设计(可以参考下面给出的一些文章),但会指出针对FPGA设计需要考虑的一些事项。

 

堆叠设计对任何复杂的电路板来说都很重要,而在最复杂的电路板中通常都能找到FPGA的身影。随着500引脚芯片被认为是“中等规模”以及不断缩小的引脚间距,你可能需要十分留意走线逃逸图案、焊盘中的过孔、引脚区域内的去耦电容以及电源与地平面。一定要有创造性。必要时可以分割电源平面(当然要避免高速走线)。如果足够小心,一些电源连接(通常是局部的电源,如PLL电源)可以放在信号层上。将一些关键平面和信号放在最靠近FPGA的层。留意一些专门的版图建议,比如针对DRAM的一些建议。

 
关注与非网微信 ( ee-focus )
限量版产业观察、行业动态、技术大餐每日推荐
享受快时代的精品慢阅读
 

 

继续阅读
【技术分享】英特尔10纳米Agilex FPGA核心技术全解读

英特尔的10纳米FPGA终于来了。在四月刚刚结束的英特尔“以数据为中心创新日”中,曾经代号为Falcon Mesa的英特尔最新一代10纳米FPGA正式亮相,并正式命名为Agilex™。

【技术分享】针对FPGA的GTP信号,PCB设计时应考虑的信号完整性问题

千兆位级串行I/O技术有着极其出色的优越性能,但这些优越的性能是需要条件来保证的,即优秀的信号完整性。例如,有个供应商报告说,他们第一次试图将高速、千兆位级串行设计用于某种特定应用时,失败率为90%。

FPGA业务仅占营收的3%却成为10nm工艺第一批受益者,英特尔是怎么想的?
FPGA业务仅占营收的3%却成为10nm工艺第一批受益者,英特尔是怎么想的?

和过去几代产品相比,AMD近期推出的产品给了英特尔更为激烈的竞争压力,这将帮助AMD逐步超越英特尔;近几年来,英特尔一直深陷制造工艺升级泥潭,它最近发布的10纳米 FPGA表明它的10纳米工艺还有一些尚未得到解决的问题;AMD很有可能重现二十年前的辉煌,再次夺得CPU性能的铁王座。

【技术分享】使用EPROM或EEPROM配置FPGA大家都会,使用NOR闪存呢?

NOR闪存已作为FPGA(现场可编程门列阵)的配置器件被广泛部署。其为FPGA带来的低延迟和高数据吞吐量特性使得FPGA在工业、通信和汽车ADAS(高级驾驶辅助系统)等应用中得到广泛采用。汽车场景中摄像头系统的快速启动时间要求就是很好的一个例子——车辆启动后后视图像在仪表板显示屏上的显示速度是最为突出的设计挑战。

【技术分享】详解FPGA中的DDS技术

我知道,我对与电子有关的所有事情都很着迷,但不论从哪个角度看,今天的现场可编程门阵列(FPGA),都显得“鹤立鸡群”,真是非常棒的器件。如果在这个智能时代,在这个领域,想拥有一技之长的你还没有关注FPGA,那么世界将抛弃你,时代将抛弃你。

更多资讯
高云半导体研讨会圆满召开,累计出货已达1500万片

2019年4月12日,中国武汉,高云半导体FPGA技术研讨会系列活动于武汉凯悦酒店成功召开,现场气氛热烈,座无虚席。

高云半导体研讨会圆满召开,累计出货已达1500万

2019年4月12日,中国武汉,高云半导体FPGA技术研讨会系列活动于武汉凯悦酒店成功召开,现场气氛热烈,座无虚席。

【技术分享】FPGA越来越精密,对DC-DC电源的精度也越来越高

FPGA厂商不断采用更先进的工艺来降低器件功耗,提高性能,同时FPGA对供电电源的精度要求也越加苛刻,电压必须维持在非常严格的容限内,如果供电电压范围超出了规范的要求,就有会影响到FPGA的可靠性,甚至导致FPGA失效。

【技术分享】详解迭代开发FPGA的思想,FPGA增量编译使用教程

FPGA设计的特点是需要不断不断的迭代各个设计流程来达到最终的设计,同时迭代的成本大,它比单片机开发更注重迭代的开发思想。所以,设计的前期一定要从系统的角度考虑好系统的方案,然后在系统这个方案中不断的迭代,不然后期发现由于系统方案的问题就得不偿失了,好的系统架构就是成功一大半了。其中,在FPGA设计中可以通过增量编译来加快我们的开发。

【技术分享】CRT/OLED/LCD等视频显示系统控制原理分析

作为消费者,我们对于各种形式的视频系统都已经非常熟悉了。但是从嵌入式开发人员的角度来看,视频就好像是一张纷繁复杂的网络,里面充满了各种不同的分辨率、格式、标准与显示等。

Moore8直播课堂
开发板测评
技术讨论
电路方案

1970-01-01 08:00:00