Actel低功耗FPGA设计：入门指南与关键技术

低功耗FPGA设计是现代电子系统设计中的一项关键技术，尤其对于那些对能耗和小型化有高要求的应用，如无线通信设备、嵌入式系统和便携式设备。本文主要聚焦于Actel公司的抗熔断型FPGA，这是一种创新的可编程逻辑器件，旨在提供低功耗和高性能的解决方案。 首先，抗熔断型FPGA的核心特点是其独特的抗熔断元件结构，基于先进的CMOS工艺制造，利用金属-金属互连替代传统的晶体管开关的SRAM互连。这种设计消除了CRAM互连中的图腾柱结构，减少了功耗并缩小了器件尺寸，使得所有连线资源集中在硅片顶部，形成了如“模块海洋”的布局，大大减少了芯片体积和连线的电容，从而显著降低功耗。 其次，Actel的FPGA采用了分段式连线资源，线段长度、宽度和负载决定了其容量。这种设计优化了电容，使得信号传输更加高效。当需要长距离信号传输时，可以使用线段连接功能，由快速且低功耗的连线开关进行管理，不会显著增加功耗或延迟。其中，eX和SX/SX-A系列器件分别采用Fastconnect和Directconnect技术，进一步提升了局部连线资源的连接性能。 针对低功耗需求，eX器件专门设计了低功耗引脚，能够关闭内部电荷泵，将静态电流降至极低水平。但要注意的是，使用这个特性时需要处理好边缘效应，以确保系统的稳定运行。 最后，Actel的FPGA采用了细晶粒结构，相比传统粗晶粒PLD和FPGA，其逻辑单元的效率更高。这些器件基于4输入MUX的基本结构，每个逻辑单元支持多达5个输入，极大地提高了逻辑映射的灵活性和效率。细晶粒结构配合大量分段的连线资源，使得低功耗FPGA在满足高性能的同时，还能有效地控制能耗。 总结来说，低功耗FPGA设计不仅关注硬件架构的创新，如抗熔断元件和分段式连线资源，还强调功耗管理的精细控制，如低功耗引脚和优化的逻辑结构。这对于寻求高效能、低功耗的系统设计师来说，是一项重要的技术参考。