FPGA最小系统电路分析之FPGA管脚设计

FPGA管脚设计

FPGA的管脚主要包括：用户I/O(User I/O)、配置管脚、电源、时钟及特殊应用管脚等。其中有些管脚可有多种用途，所以在设计FPGA电路之前，需要认真的阅读相应FPGA的芯片手册。

下面以Altera公司的Cyclone系列FPGA为例，介绍FPGA的各种功能管脚。

(1)用户I/O。

I/Onum(LVDSnumn)：可用作输入或输出，或者双向口，同时可作为LVDS差分对的负端。其中num表示管脚序号。

一般在绘制FPGA原理图时，将同一种功能和用途的管脚放在一个框图中，如图2.3所示是用户I/O的原理图。

(2)配置管脚。

MSEL[1..0]：用于选择配置模式。FPGA有多种配置模式，比如主动、被动、快速、正常、串行、并行等，可以此管脚进行选择。

DATA0：FPGA串行数据输入，连接至配置器件的串行数据输出管脚。

DCLK：FPGA串行时钟输出，为配置器件提供串行时钟。

nCSO(I/O)：FPGA片选信号输出，连接至配置器件的nCS管脚。

ASDO(I/O)：FPGA串行数据输出，连接至配置器件的ASDI管脚。

nCEO：下载链器件使能输出。在一条下载链(Chain)中，当第一个器件配置完成后，此信号将使能下一个器件开始进行配置。下载链的最后一个器件的nCEO应悬空。

图2.3 FPGA用户I/O原理图

nCE：下载链器件使能输入，连接至上一个器件的nCEO。下载链第一个器件的nCE接地。

nCONFIG：用户模式配置起始信号。

nSTATUS：配置状态信号。

CONF_DONE：配置结束信号。

如图2.4所示是FPGA配置管脚原理图。

图2.4 FPGA配置管脚原理图

(3)电源管脚。

VCCINT：内核电压。通常与FPGA芯片所采用的工艺有关，例如130nm工艺为1.5V，90nm工艺为1.2V。

VCCIO：端口电压。一般为3.3V，还可以支持选择多种电压，如5V、1.8V、1.5V等。

VREF：参考电压。

GND：信号地。

(4)时钟管脚。

VCC_PLL：锁相环管脚电压，直接连VCCIO。

VCCA_PLL：锁相环模拟电压，一般通过滤波器接到VCCINT上。

GNDA_PLL：锁相环模拟地。

GNDD_PLL：锁相环数字地。

CLKnum(LVDSCLKnump)：锁相环时钟输入。支持LVDS时钟输入，p接正端，num表示PLL序号。

CLKnum(LVDSCLKnumn)：锁相环时钟输入。支持LVDS时钟输入，n接负端，num表示PLL序号。

PLLnum_OUTp(I/O)：锁相环时钟输出。支持LVDS时钟输入，p接正端，num表示PLL序号。

PLLnum_OUTn(I/O)：锁相环时钟输出。支持LVDS时钟输入，n接负端，num表示PLL序号。

如图2.6所示是FPGA时钟管脚原理图。

图2.5 FPGA电源管脚原理图 图2.6 FPGA时钟管脚原理图

另外，FPGA的管脚中，有一些是全局时钟，这些管脚在FPGA中已经做好了时钟树。使用这些管脚作为关键时钟或信号的布线可以获得最佳性能。

(5)特殊管脚。

VCCPD：用于选择驱动电压。

VCCSEL：用于控制配置管脚和锁相环相关的输入缓冲电压。

PORSEL：上电复位选项。

NIOPULLUP：用于控制配置时所使用的用户I/O的内部上拉电阻是否工作。

TEMPDIODEn/p：用于关联温度敏感二极管。