反熔丝FPGA逻辑单元库的研究
发布时间：2021-12-01 20:11
现场可编程门阵列FPGA（Field-Programmble Gate Arrays）是一种包含可编程逻辑模块和布线资源,通过用户编程来实现各种功能的器件。FPGA具有灵活性好、成本低、风险低、开发周期短等优点。反熔丝型FPGA通过对内部反熔丝的一次性烧录来实现相应的功能,这种特点使得它被广泛用于需要可靠性高、保密性强、抗辐射等特性的场合,特别是航空航天与军用领域。本文首先详细介绍了FPGA的国内外发展以及特点,比较了目前FPGA三种可编程技术的优缺点与适用领域,将反熔丝FPGA作为研究对象。其次介绍了反熔丝FPGA的体系结构,对布线结构、逻辑模块以及输入/输出模块作了细致的描述,总的来说,对逻辑单元的配置也就是对布线资源的分配。接下来研究了逻辑单元的实现方式与逻辑模块的应用,通过逻辑验证与仿真验证了实现单元的配置的正确性,并构建了基于Actel公司42MX系列逻辑模块的逻辑单元库。在这基础上,本文提出了一个反熔丝FPGA CAD系统设计流程,以MCNC基准电路为测试电路,通过该设计软件读取逻辑单元库,成功完成了自动布局布线。测试结果验证了逻辑单元库的适用性,同时也验证了反熔丝FPGA...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
管SRAM单元结构
图 1-3 EPROM 浮栅管结构第三种技术为反熔丝编程技术。反熔丝在编程之前是开路的，需要编程时，通过在反熔丝两端施加高压，使反熔丝局部的小区域内具有相当高的电流密度，瞬间产生巨大的热功耗，将电介质融化形成永久性通路。反熔丝的电阻、电容及编程特性与其实现工艺密切相关。就其中一种“金属—金属”(Metal-to-Metal，M2M)的工艺来说，反熔丝熔断后电阻只有 20~100 欧姆，电容也极小，传输延迟远优于 SRAM，且无静态功耗，是一种非常理想的编程技术[7]。反熔丝编程技术也有明显的缺点，既是其只能烧写一次，不能重复使用。且可靠性检测较为复杂。另外，由于反熔丝具有特殊工艺，其工艺往往要落后于最新工艺节点，规模和密度相比 SRAM 较低。虽然反熔丝 FPGA 失去了反复可编程的灵活性，但是大大提高了系统的稳定性，同时，保密性也大大增强。反熔丝还天生具有抗辐照特性，这使得这种结构的 FPGA 在环境苛刻的场合例如航空航天领域的应用具有重要的地位。
图 1-4 M2M 反熔丝结构GA 国内外发展现状，特别是美国对于 FPGA 的研究发展较早，至今已有了几十年分 FPGA 的技术和生产由美国几家公司垄断，例如 Xilinx、Alt有了绝大部分的市场份额，并且该垄断趋势丝毫没有下减之势对于我国的 FPGA 产品和设计施行苛刻的审查政策，使得国家的发展受到严重阻碍。为了打破这种严重不平衡的美国企业与断趋势，研究开发具有自主知识产权的 FPGA 对国家意义深远。内对 FPGA 的研究比较落后，整体技术落后数年，对国外的技度较大，国内大部分公司处于学习发展阶段。虽然国内出现了FPGA 产品，但推广力度不大，没有得到广泛应用。欣慰的是近 FPGA 领域的开拓力度越来越大，配套的技术也在不断发展完在大力扶植集成电路产业的发展，在 2006 年与 2011 年颁布了“18 号文”，希望将集成电路做大做强。相信随着时间的发展与政策
【参考文献】：
期刊论文
[1]FPGA器件设计技术发展综述[J]. 杨海钢,孙嘉斌,王慰. 电子与信息学报. 2010(03)
[2]关于我国集成电路产业未来发展思考[J]. 俞忠钰. 中国集成电路. 2006(02)
博士论文
[1]可编程逻辑核关键技术研究[D]. 谢小东.电子科技大学 2011
硕士论文
[1]基于反熔丝技术的FPGA设计研究[D]. 张旭.江南大学 2012
[2]反熔丝FPGA设计技术研究[D]. 石雅先.电子科技大学 2011
本文编号：3526981
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
管SRAM单元结构
图 1-3 EPROM 浮栅管结构第三种技术为反熔丝编程技术。反熔丝在编程之前是开路的，需要编程时，通过在反熔丝两端施加高压，使反熔丝局部的小区域内具有相当高的电流密度，瞬间产生巨大的热功耗，将电介质融化形成永久性通路。反熔丝的电阻、电容及编程特性与其实现工艺密切相关。就其中一种“金属—金属”(Metal-to-Metal，M2M)的工艺来说，反熔丝熔断后电阻只有 20~100 欧姆，电容也极小，传输延迟远优于 SRAM，且无静态功耗，是一种非常理想的编程技术[7]。反熔丝编程技术也有明显的缺点，既是其只能烧写一次，不能重复使用。且可靠性检测较为复杂。另外，由于反熔丝具有特殊工艺，其工艺往往要落后于最新工艺节点，规模和密度相比 SRAM 较低。虽然反熔丝 FPGA 失去了反复可编程的灵活性，但是大大提高了系统的稳定性，同时，保密性也大大增强。反熔丝还天生具有抗辐照特性，这使得这种结构的 FPGA 在环境苛刻的场合例如航空航天领域的应用具有重要的地位。
图 1-4 M2M 反熔丝结构GA 国内外发展现状，特别是美国对于 FPGA 的研究发展较早，至今已有了几十年分 FPGA 的技术和生产由美国几家公司垄断，例如 Xilinx、Alt有了绝大部分的市场份额，并且该垄断趋势丝毫没有下减之势对于我国的 FPGA 产品和设计施行苛刻的审查政策，使得国家的发展受到严重阻碍。为了打破这种严重不平衡的美国企业与断趋势，研究开发具有自主知识产权的 FPGA 对国家意义深远。内对 FPGA 的研究比较落后，整体技术落后数年，对国外的技度较大，国内大部分公司处于学习发展阶段。虽然国内出现了FPGA 产品，但推广力度不大，没有得到广泛应用。欣慰的是近 FPGA 领域的开拓力度越来越大，配套的技术也在不断发展完在大力扶植集成电路产业的发展，在 2006 年与 2011 年颁布了“18 号文”，希望将集成电路做大做强。相信随着时间的发展与政策
【参考文献】：
期刊论文
[1]FPGA器件设计技术发展综述[J]. 杨海钢,孙嘉斌,王慰. 电子与信息学报. 2010(03)
[2]关于我国集成电路产业未来发展思考[J]. 俞忠钰. 中国集成电路. 2006(02)
博士论文
[1]可编程逻辑核关键技术研究[D]. 谢小东.电子科技大学 2011
硕士论文
[1]基于反熔丝技术的FPGA设计研究[D]. 张旭.江南大学 2012
[2]反熔丝FPGA设计技术研究[D]. 石雅先.电子科技大学 2011
本文编号：3526981
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