FPGA核心电路

常见的FPGA核心电路可以归纳为五个部分：电源电路、时钟电路、复位电路、配置电路和外设电路。下面将对各部分电路进行介绍：

1、电源电路

不同的FPGA器件、不同的应用方式会对电压、电流有不同的需求。简单归纳可以将FPGA器件的电压需求分为三类：核心电压、I/O电压和辅助电压。核心电压是FPGA内部各种逻辑电路正常工作运行所需要的基本电压，该电压用于保证FPGA器件本身的工作。通常选定某一款FPGA器件则其核心电压一般也是固定值，芯片手册可查；I/O电压即FPGA的I/O引脚工作所需的参考电压。FPGA与ASIC最大的不同之处便是FPGA所有的可用信号引脚基本都可以作为普通I/O口使用，其电平值的高低完全由器件内部的逻辑决定，同时也受限于所供给的I/O电压；除了核心电压和I/O电压以外的其他电压便是辅助电压。

2、时钟电路

理想的时钟模型是一个占空比为50%且周期固定的方波。一般情况下FPGA器件内部的逻辑会在每个时钟周期的上升沿执行一次数据的输入和输出处理，而在两个时钟上升沿的空闲时间里，则可以用于执行各种各样复杂的处理。FPGA器件的时钟信号源一般来自外部，通常使用晶振产生时钟信号，规模较大的FPGA器件内部会有专门的时钟管理模块用于对时钟信号倍频或者分频，如PLL或DLL。同时在FPGA器件内部设计有“全局时钟网络”的走线池，用于控制到达不同寄存器的时间差。

3、复位电路

FPGA信号在上电之后需要有一个确定的初始状态，以保证器件内部逻辑快速进入正常的工作状态。因此需要一个内部复位的信号也即复位电路。阻容复位可以胜任一般的应用；而需要得到更稳定更可靠的复位信号，则可以选择一些专用的复位芯片。FPGA器件往往有专门的复位输入引脚。

4、配置电路

FPGA器件都支持JTAG进行在线配置。在FPGA器件内部，边界扫描寄存器有TDI信号作为数据输入，TDO信号作为数据输出，形成一个很大的移位寄存器链。而JTAG通过整个寄存器链可以配置或者访问FPGA器件的内部逻辑状态或者各个I/O引脚的当前状态。FPGA大都基于SRAM来实现可编程性，也即通过JTAG实现在线编程时正常接电FPGA能够正常运行，一旦掉电，SRAM数据丢失则FPGA无法工作。所以FPGA通常需要外挂一个用于保存当前数据的PROM或者Flash芯片。

5、外设电路

FPGA拥有丰富的外设接口，可扩展性非常强，这也是很多用户选择它的原因。

 

审核编辑：汤梓红