FPGA器件配置電平和接口標準

　　1．配置電平和接口標準

　　VIRtex-4、Virtex-5和Spartan-3系列器件增加和修改了一些與配置有關(guān)的專(zhuān)用引腳，這些專(zhuān)用引腳如下。

　　(1)VCCAUX輔助電源：在Virtex-4、Virtex-5、Spartan-3及Spartan-3E器件中，Vccaux為2.5 V；在Spartan-3A及Spartan-3ADSP中，Vccaux可以是2.5 V或是3.3 V；在Spartan-3AN中，Vccaux是3.3 Y。

　　(2)專(zhuān)用控制信號HSWAP EN腳：當HSWAP EN為低時(shí)，在配置期間所有用戶(hù)輸入／輸出(I/0)腳將被上拉(Pull-Up)。默認值為高(內部上拉)，即配置期間關(guān)閉用戶(hù)I/O腳的內部上拉功能。

　　(3)配置時(shí)鐘(CCLK)引腳：CCLK引腳根據配置模式的不同，既可以是輸入，也可以是輸出。

　　(4)配置完成狀態(tài)輸出(DONE)：當DONE為高時(shí)，表示成功完成配置；否則為配置失敗。DONE引腳通常需要外部上拉電阻，上拉電阻的大小與所需的驅動(dòng)電流有關(guān)，一股情況下為330Ω。

　　(5)允許配置或配置復位(PROG_B)信號：低電平有效，即當將該引腳拉低后，將復位內部的配置寄存器；當恢復高電平時(shí)，開(kāi)始配置，直到DONE為高結束配置。

　　(6)模式控制引腳MO、M1及M2：決定FPGA的配置模式。

　　(7)邊界掃描模式信號引腳：包括數據輸入腳(TDI)、數據輸出(TDO)、狀態(tài)和控制(TMS)，以及JTAG方式配置時(shí)鐘(TCK)。

　　這些專(zhuān)用配置和邊界掃描引腳在Virtex-4和Vitex-5的器件中由VCC00供電，在Spartan-3中用VCCAUX輔助電源為這些信號腳提供電源，所以這些配置引腳的上拉應該對應拉到對應的VCCO0和VCCAUX。這些專(zhuān)用配置引腳只能用于器件的配置，不能用于其他目的。

　　Spartan-3器件的配置還有一些需要注意的地方，專(zhuān)用引腳的處理與上述的相同，但最大允許電流為10 mA。而對于多功能(復用)的配置引腳，如INIT B、DOUT、BUSY、RDWR B、CS-B及DIN／DO～D7使用時(shí)需要特別注意，這些引腳根據所處的物理位置分別采用Bank4(VCCO-4)和Bank5(VCCO_5)的電源；當使用串行模式配置時(shí)，其配置的信號引腳僅依靠Bank4(VCCO_4)的電源；當使用并行和回讀(Readback)模式時(shí)，需要Bank4(VCCO_4)和Bank5(VCCO_5)的電源。因為通常我們的配置接口會(huì )是3.3 V，因此如果使用Spartan-3，Spartan-3E的器件的話(huà)，為了使這些信號能夠適應3.3 V電平的配置環(huán)境，需要增加幾個(gè)外部限流電阻，最大為330Ω。為了達到這個(gè)目的，需要對專(zhuān)用配置引腳增加限流電阻，如圖所示。

　　圖 增加限流電阻參考電路

　　圖中的R為限流電阻，VR為限流電阻上的壓降，IR．為流過(guò)限流電阻的電流，VPAD為輸入引腳的電壓，VIN為輸入信號電壓，VD為器件內部鉗位二極管的飽和電壓。

　　限流電阻的計算和如下。

　　VPAD的最高輸入電壓為3.75V，并且鉗位二極管的最大電流為10 mA。

　　要求：VIN=3.3V而VCCAUX=2.5V，此時(shí)鉗位二極管導通。

　　輸入引腳的電壓為：VPAD＝VCCAUX＋VD＝2.5V＋0.5V＝3.0V

　　限流電阻為：R＝(VD－VPAD)／IR＝(3.3V－2.5V－0.5V)／10mA＝30Ω

　　由上面的計算得出，如果需要將Spartna-3器件的Bank4(VCCO_4)和Bank5(VCCO_5)的電源接3.3 V的話(huà)，需要在所有3.3 V驅動(dòng)的專(zhuān)用配置引腳串聯(lián)最小30Ω的電阻。