FPGA的核心模拟电路研究与设计

摘要

FPGA是英文全称Field Programmable Gate Array，即现场可编程门阵列。随着FPGA设计技术和工艺技术的提高，FPGA与ASIC之间的性能差异越来越小。相比较ASIC而言，FPGA的动态可重配置特性极大降低了电路设计公司在产品设计过程中的设计风险与设计成本，缩短了产品上市的时间，减少了用户升级系统所带来的硬件花费。因此，越来越多的电路设计公司致力于FPGA的使用与研发。
　　本课题来源于成都华微电子科技有限公司的“可编程逻辑器件”项目。课题的目的是研究FPGA芯片中模拟电路的设计方法，其主要内容包括可编程IO设计和SRAM电源系统设计。本课题打破了FPGA核心关键设计技术和产品制造被国外公司所垄断的不利局面，促进民族FPGA的研发。
　　IO设计主要有两个设计模块：输出BUFFER设计和输入BUFFER设计。针对输出BUFFER设计，本文在满足各个IO标准电学特性的同时，设计了一个能支持多标准，抑制SSN噪声，且速度至少有840Mb/s的输出BUFFER。针对输入BUFFER的设计，文中根据标准的电学要求，合理选择不同的输入比较器。其中设计了一种具有宽输入范围，PVT不敏感，高速的互补自偏置差分比较器结构，满足了FPGA对IO的要求。
　　FPGA的SRAM电源系统设计，本文根据FPGA对SRAM电源的要求，采用了一种类似于无片外电容的LDO结构。该LDO输出电压为1.58v，输出最大负载电流为100mA。在整个负载电流范围内，LDO环路始终稳定，且具有较好的直流特性和负载瞬态特性，基本满足FPGA对SRAM电源设计的要求。
　　本文中的电路采用TSMC0.13um1P8M标准CMOS工艺制程，使用全定制电路与版图设计方法。利用Cadence SpectreS仿真验证，该FPGA芯片的核心模拟电路设计满足FPGA芯片的要求。

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目录

第一章 绪论

1.1课题背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3论文内容与安排

第二章 FPGA的核心模拟电路

2.1 FPGA的架构

2.2 FPGA的可编程IO

2.3 SRAM电源

第三章 FPGA的IO电路设计

3.1 IO设计要求

3.2 IO的构架

3.3 FPGA的IO电路

3.4输出BUFFER设计

3.5 IO输入BUFFER设计

3.6 LVDS电路设计

第四章 SRAM电源设计

4.1 SRAM电源介绍

4.2 LDO原理及设计参数介绍

4.3 LDO的负载电流瞬态分析

4.4一种无电容型LDO结构

4.5无电容型LDO子电路设计

4.6无电容型LDO整体性能仿真

第五章 结论

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果