【正文】 CMOS工藝都是基本適用的。而 FPGA 由于其良好的可配置特性廣泛應用小批量的產品設計中，尤其是在 ASIC 的原型驗證階段經常使用 FPGA 來構建硬件平臺。在過去的一段時間中，ASIC 設計技術一直是集成電路設計市場的主流。 FPGA 和 ASIC 的對比目前在電子行業(yè)使用比較多的產品主要有 ASIC 和 FPGA，在這兩者之間FPGA 是最具有技術優(yōu)勢的一種產品，并且具有逐漸取代 ASIC 的趨勢。另外，采用 SRAM 技術編程的 FPGA 所需芯片面積是最大的，這是由于通常一個 SRAM 單元都需要 5～6 個單管組成 [3]。缺點是易失性，每次斷電后 SRAM 的數(shù)據(jù)就不存在了。圖 1－1 示出了 Xilinx公司的一個 5 管 SRAM 配置單元，該單元是由首尾相連的兩個反相器和一個導通晶體管構成的 [2]。表 11 可編程開關技術比較編程技術 可重復編程 易失性 制造工藝熔絲 否 否 BipolarEPROM 電路外 否 UVCMOSEEPROM 在電路 否 EECMOSSRAM 在電路 是 CMOS反熔絲 否 否 CMOS+Flash 在電路 否 FlashSRAM 編程技術最先使用是在 Xilinx 公司的 FPGA 產品中，現(xiàn)在已經廣泛使用在其他公司的 FPGA 產品中。隨著 FPGA 在功能、密度、速度上的不斷提升與成本的降低，用戶需求與協(xié)議標準的變化，F(xiàn)PGA 芯片由于其便利的可升級性，不但被用來制作原型機，而且還被大量地應用到網絡、消費電子、科研、航天及國防的許多最終產品中，成為一系列電子系統(tǒng)的核心。由于 FPGA 能夠減少電子系統(tǒng)的開發(fā)風險和開發(fā)成本(NRE)，同時有效的縮短上市時間(time to market)，并且通過在系統(tǒng)編程、遠程在線重構等技術降低了維護和升級成本，因此在通信、控制、數(shù)據(jù)計算等領域得到了廣泛的應用。不同廠家生產的FPGA 在可編程邏輯塊的規(guī)模，內部互連線的結構和采用的可編程元件上存在較大的差異。可編程邏輯功能塊是實現(xiàn)用戶功能的基本單元，它們通常排列成一個陣列，散布于整個芯片；可編程 I/O 單元實現(xiàn)芯片上邏輯與外部封裝腳的接口，圍繞著陣列于芯片四周。因此，F(xiàn)PGA 被廣泛應用于產品的原型設計和產品生產之中，幾乎所有應用門陣列、PLD 和中小規(guī)模通用數(shù)字集成電路的場合均可應用 FPGA 器件。與其它 ASIC 相比，它們具有設計開發(fā)周期短、設計制造成本低、開發(fā)工具先進、標準產品無需測試、質量穩(wěn)定以及可實時在線檢驗等優(yōu)點。20 世紀 80 年代中期，Altera 和 Xilinx 分別推出了與標準門陣列類似的FPGA，它具有體系結構和邏輯單元靈活、集成度高以及適用范圍寬等特點。因此，掌握了 FPGA 模擬電路設計技術，可以加速我國 FPGA 研制進程，縮短與先進國家水平的差距，從而在軍事和國民經濟各領域發(fā)揮良好的經濟效益和社會效益?；谝陨显颍瑖鴥仍诳删幊踢壿嬈骷I域尚處于起步階段，研究大多集中于電路綜合和布局布線算法理論。這一格局在客觀上反映了國內的企業(yè)與科研院所尚不具備與跨國公司開展全面競爭，中國電子信息產業(yè)仍處于加工組裝階段的現(xiàn)實。但是，由于中國集成電路產業(yè)受到產業(yè)高速增長與核心技術長期受制國外技術壁壘的雙重影響，出現(xiàn)了產業(yè)規(guī)模盲目擴大與產品效益低下并存，外資大量進入與本土大企業(yè)缺失并存的尷尬局面。對于一個實際投入商業(yè)與工業(yè)應用的 FPGA 而言，沒有 I/O 接口、上電復位和電源系統(tǒng)等模擬電路模塊就不能保證 FPGA 在各種實際應用環(huán)境中正常工作。由于 FPGA 產品具有上市時間短、設計成本低、便于升級與重復使用的特點，目前被廣泛應用在通信、航天、航空、導航、遙感、遙測、程控交換機等軍、民用領域 [1]。s disadvantage whose logic resouce was too the character size smaller and smaller ,the distance of performance between FPGA and ASIC was smaller and FPGA decreased the risk and cost in the product design, for its character of the dynamic reuse ,and shorten the time which the product e into the more and more Fabless began to use it as the design and test platform.This research subject came from HiTech Research and Development Program of China and General Equipment Headquarters. It aimed at developing series products of FPGA, including I/O interface circuit and power system, breaking through the adverse situation as all of the FPGA products and design technology were monopolized by several American panies, and satisfying urgent demands of national defence.A method of “topdown” design and reverse design was adopted in this paper. We took the idea of “topdown” design as guidance, as well as used foreign advanced design experience for reference and developed a FPGA containing 20*30 CLBarrays, an internal counter of 200MHz, 100K gates，supporting 16 highperformance interface standards as a breakthrough, a series of FPGA family products, whose maximum available I/O number is 180 , 404 and 512, have been developed respectively. The 180I/O FPGA has a pintopin input delay and pintopin output delay or less. This paper was based on a 1P5M standard CMOS technology process, and on a design technology of custom layout. The primary technology parameters of the FPGA family products acplish the foreign advanced level of kindred products.New idea of our research subject was a new I/O cicuit structure by using the SRAM array design to realize insystem programmable and the characters of analog cicuit structure can reduce the chip area and give higher performance.The 180I/O FPGA chip with ceramic packages solved the problem that there were no military devices in foreign kindred products and satisfied the requirement of important military engineering. This product has been finished the layout designs of the FPGA series were pleted and were ahead of the schedule of plan. The products were used and approbated by many customer, we broke the forbiddance for the devices by foreign countries, and contributed that the key device can be established in China for our army.Keywords: FPGA Dynamicconfiguration I/O Multistandards 5Vtolerance Weakkeeper目 錄第一章 緒 論 .......................................................1 課題的背景和意義..................................................1 現(xiàn)場可編程門陣列簡介 .........................................2 SRAM 編程技術介紹 ...........................................3 FPGA 和 ASIC 的對比 ..........................................4 市場需求分析 .................................................6 國內外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢..........................................7 國外研究現(xiàn)狀 ....................................