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可编程ASIC器材

2017-05-04 10:47分类:电工考证知识 阅读:

  可编程ASIC器材,即可编程专用集成电路,专用集成电路的英文是Application Specific Integrated Circuit,简写为ASIC。所谓专用集成电路是有关于通用集成电路而言的,是专门为了某一种或几种特定功用而方案的。现在,因为VLSI技能的翻开,一片集成电路中能够包含数以万计的元件。一片ASIC能够替代一块包含很多片通用集成电路的印制电路板,乃至一部电子设备的电路能够仅由一片ASIC构成。因此ASIC器材与通用集成电路比照照,具有体积更小、功耗更低、牢靠性跋涉和本钱下降一级利益。
按制作办法差异,ASIC能够分为全定制、半定制和可编程三类。
全定制办法是依据晶体管级的芯片方案。这种办法细心思考每个管子的规范、方位及管子之间的互连联络,其方针是密度高、速度快且功耗小。全定制ASlC芯片的各层(掩模)都是按特定电路功用专门制作,这种办法易于完毕体系最优的功用,可是方案本钱高且周期长。
半定制ASIC的单元电路则是用预制的门阵做成的,只需芯片最上层金属连线(掩模)是按电路功用专门方案制作的。因为这种办法选用了规矩的布图办法.有利于布线规矩的构成。它是在门阵列的根底上加工,.因此有关于全定制办法,出产周期短、本钱低。
可编程ASIC芯片各层均已由工厂制好,不需求定制任何掩模,用户能够用开发东西依照自个的方案对可编程器材进行“编程”,以完毕特定的逻辑功用,有些可编程ASIC器材还可屡次重复编程。与全定制比照,运用可编程ASIC芯片方案数字体系能够缩短研发周期,下降方案费用和出资危险,分外适宜于样机开发和小批量出产。因此,可编程ASIC芯片现已变成方案和完毕数字体系的首要办法。
20世纪80年代专用集成电路ASIC以其体积小功用高本钱低的优胜性得到了广泛的翻开。进入90年代后伴跟着铜微处理器硅芯片技能的翻开,可编程ASIC器材在体积与功用上得到了愈加超卓的表现。近十余年来,可编程Aslc器材作为ASIC的一个首要分枝,其制作技能和运用技能都取得了飞速的翻开,首要表现在如下几个方面。
(1)高密度。其时的半导体技能水平现已抵达了深亚微米,时钟频率也在向千兆赫以上翻开,数据传输位数抵达每秒几十亿次。技能上亚微米技能的选用,器材构造自身的改善,都使可编程片上体系的器材密度有极大的跋涉,如呈现了集成度逾越百万门的可编程ASIC器材,有代表性的是Allera的ApEXZK和 Xilinx的 VirtexlVrtex-E系列。更高密度的芯片还会不断呈现,这为把更大的数字体系集成在一个芯片内供应了或许。因此,将来的集成电路技能的翻开趋势,是把整上体系集成在一个芯片上去,这种芯片被称为片上体系(System on a Chip),简称SOC体系。而选用具有体系级功用的凌乱的可编程器材(CPLD)和现场可编程门阵列(FPGA)完毕可编程片上体系(System on a Programmable Logic Chip)变成往后的翻开方向。
(2)作业速度高。现在很多可编程ASIC器材由引脚到引脚(pin-to-pin)间的传输推延时刻仅稀有纳秒。这将使由可编程ASIC器材构成的体系具有更高的作业速度。
(3)多种编程技能。编程是把体系方案的程序化数据,按必定的格局装入一个或多个可编程ASIC器材的编程存储单元,界说内部模块的逻辑功用以及它们的彼此联接联络。
前期的可编程逻辑器材的编程需求将芯片从印制板厂拆下,然后把它插在专用的编程器跋涉行的。例如PAL和GAL器材。
现在广泛选用的在体系可编程技能即是为打败这一缺陷而发作的。所谓体系内可装备是指可编程ASIC除了具有为方案者供应体系内可在编程的才调,还具有将器材插在体系内或电路板依然能够对其进行编程和再编程的才调。这就为方案者进行电子体系方案和开发供应了可完毕的最菜鸟法。选用这项技能,就能够像软件一样经过编程来装备体系内硬件,然后引进“软”硬件的全新概念。选用这种技能,对体系的方案、制作、查验和保护也发作了严峻的影响,给样机方案、电路板调试、体系制作和体系晋级带来革新性的改动。一同还使得新一代的电子体系的活络性和习气性更强,这为体系方案师供应了极大的便当,为很多凌乱的信号处理和信息加工的完毕供应了新的思路和办法。
因为在体系可编程技能是可编程ASIC器材的翻开方向,各器材制作商纷繁推出自个的在体系可编程商品,除Lattice公司的ispLSI,ispGAL和ispGDS外,这些年呈现的很多公司出产的可编程ASIC器材均支撑在体系可编程技能。
此外,还有一种反熔丝(Antifuse)技能的一次性非丢掉编程技能,具此特性的可编程ASIC芯片具有高牢靠性,适用分外场合。
(4)抢先的查验技能。80年代后期,对电路板和芯片的查验呈现了艰难。跟着集成电路密度的跋涉,集成电路的引脚也变得越来越密,查验变得很艰难。例如,TQFP封装器材,管脚的距离仅有0.6mm,这么小的空间内简直故不下一根探针。以往在出产进程中对电路板的查验是由人工或查验设备进行的现在已很难办到。
距离扫描技能恰是在这种布景下发作的,首要处理芯片的查验疑问。IEEEU49.1协议是由IEEE安排联合查验做法组(JTAG)在80年代提出的距离扫描查验技能规范,用来处理高密度引线器材和高密度电路板上的元件的查验疑问。规范的距离扫描查验只需求四根信号线,能够对电路板上悉数支撑距离扫描的芯片内部逻辑和距离管脚进行查验。运用距离扫描技能能够增强芯片、电路板乃至体系的可查验性。
距离扫描技能有着宽广的翻开远景。现在现已有多种器材支撑距离扫描技能,如xilinx4000系列的FPGA以及Lattice的ispLSl3000和ispLSl6000系列都支撑距离扫描。到了90年代末,悉数新开发的可编程逻辑芯片都支撑距离扫描技能。
(5)方案东西的不断完善。现代的EDA软件途径已打破了前期仅能进行PCB地图方案,它集方案、仿真、查验于一体,装备了体系方案主动化的悉数东西:装备了多种能兼用和混合运用的逻辑描写输人东西,例如既支撑功用完善的硬件描写言语如VHDL、Verilog HDL等作为文本输人,又支撑逻辑电路图、作业波形图等作为图形输人;一同还装备了高功用的逻辑归纳、优化和仿真仿照东西。如超高速集成电路硬件描写言语 VHDL就为方案者供应了这么一个优化的方案环境。它具有多层次描写体系硬件功用的才调,从体系的数学模型直到门级电路,并且能够将高层次的做法描写与低层次的 RTL描写和构造描写混合运用。方案人员只需将方案描写输入到核算机,方案归纳东西主动将其转化为恰当的物理完毕,跋涉了方案功率,缩短了方案周期。
这些年翻开活络的可编程ASIC器材包含1984年创造的现场可编程门阵列(FPGA),以及随后呈现的凌乱可编程逻辑器材(CPLD)。因为这些器材大多具有在体系可编程的特性,具有很高的集成度和作业速度,所以运用凌乱可编程逻辑器材CPLD和现场可编程逻辑阵列FPGA来进行ASIC方案是现在最为盛行的办法之一。现在电子方案工程师只需一台核算机、一套与器材相应的开发软件和一片CPLD/FPGA芯片,就能在实验室或家中完毕大方案集成电路和数字体系的方案。
在Internet活络翻开的今日,可编程ASIC方案所要用到的EDA东西和元件模块均可在网上活动。具有常识产权的IP模块(Intelligence Property Core)的运用是将来可编程ASIC器材方案中最有用的办法之一。IP模块通常是比照凌乱的模块,如数字滤波器、总线接口、DSP、图画处理单元等,因为这类模块方案作业量大,方案者在进行方案、仿真、优化,逻辑归纳、查验等方面化费很多劳作,因此各EDA公司芯片制作商均设有IP基地,在网上为方案者效劳。出售方可运用Internet传达其EDA东西与IP模块,乃至供应成套处理方案,使方案者之间本钱同享,然后加速商品方案,下降商品方案危险。此外,依据Internet的虚拟方案组亦已呈现,因此可将国际方案内最优异的方案人才本钱恰本地组合起来,来处理日益凌乱的电子体系方案疑问。

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