Microsemi IGLOO2 FPGA與SmartFusion2 SoC FPGA深度剖析

作為一名電子工程師，在日常的設(shè)計(jì)工作中，F(xiàn)PGA與SoC FPGA是我們經(jīng)常會(huì)用到的重要器件。今天，我們就來(lái)深入探討一下Microsemi的IGLOO2 FPGA和SmartFusion2 SoC FPGA，看看它們?cè)谛阅?、特性以及?yīng)用方面有哪些獨(dú)特之處。

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一、產(chǎn)品概述

Microsemi的IGLOO2 FPGA和SmartFusion2 SoC FPGA是主流的產(chǎn)品系列，它們將基于4輸入查找表（LUT）的FPGA架構(gòu)與集成數(shù)學(xué)模塊、多個(gè)嵌入式內(nèi)存塊以及高性能SerDes通信接口集成在單個(gè)芯片上。這兩個(gè)系列都采用了低功耗閃存技術(shù)，具有極高的安全性和可靠性，是行業(yè)內(nèi)的佼佼者。

IGLOO2 FPGA和SmartFusion2 SoC FPGA提供了高達(dá)150K邏輯單元、5MB嵌入式RAM、16個(gè)SerDes通道以及四個(gè)PCI Express Gen 2端點(diǎn)，還集成了帶有糾錯(cuò)功能的DDR3內(nèi)存控制器。其中，SmartFusion2集成了低功耗實(shí)時(shí)微控制器子系統(tǒng)（MSS），擁有豐富的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)；而IGLOO2則集成了高性能內(nèi)存子系統(tǒng)，具備片上閃存、32KB嵌入式SRAM和多個(gè)DMA控制器。

二、器件狀態(tài)

這兩個(gè)系列的不同密度器件都處于生產(chǎn)狀態(tài)，包括從005到150等不同規(guī)格，這為我們?cè)诓煌膽?yīng)用場(chǎng)景中提供了廣泛的選擇。

三、電氣規(guī)格

（一）工作條件

在使用這兩款器件時(shí)，我們需要嚴(yán)格關(guān)注它們的工作條件。絕對(duì)最大額定值規(guī)定了器件所能承受的應(yīng)力極限，超過(guò)這些極限可能會(huì)導(dǎo)致器件永久損壞。而推薦的工作條件則是保證器件正常、穩(wěn)定工作的重要依據(jù)。

例如，DC核心電源電壓（VDD）的范圍在 -0.3V 到 1.32V 之間，不同的電源引腳也都有各自嚴(yán)格的電壓范圍要求。同時(shí)，對(duì)于不同的產(chǎn)品等級(jí)（商業(yè)級(jí)和工業(yè)級(jí)），編程溫度、工作溫度、編程周期、摘要溫度、摘要周期以及數(shù)據(jù)保留時(shí)間等都有明確的規(guī)定。

（二）功耗

功耗是我們?cè)谠O(shè)計(jì)中必須考慮的重要因素。Quiescent Supply Current表格詳細(xì)列出了不同模式下（如Non-FlashFreeze和FlashFreeze）的靜態(tài)功耗，這有助于我們?cè)诓煌膽?yīng)用場(chǎng)景中優(yōu)化功耗。

編程電流方面，不同的電源在編程、驗(yàn)證和上電時(shí)的電流也有相應(yīng)的數(shù)據(jù)，這對(duì)于我們?cè)O(shè)計(jì)電源電路和評(píng)估功耗非常有幫助。

（三）平均結(jié)構(gòu)溫度和電壓降額因子

這個(gè)表格給出了在不同陣列電壓和溫度下，結(jié)構(gòu)時(shí)序延遲的降額因子，這對(duì)于我們?cè)诓煌墓ぷ鳁l件下進(jìn)行時(shí)序分析和設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵。

（四）時(shí)序模型

時(shí)序模型和時(shí)序參數(shù)是確保電路正常工作的基礎(chǔ)。通過(guò)Timing Model Parameters表格，我們可以了解到不同模塊（如DDR3接收器、輸入數(shù)據(jù)寄存器等）的傳播延遲、建立時(shí)間和保持時(shí)間等參數(shù)，這有助于我們進(jìn)行精確的時(shí)序設(shè)計(jì)。

（五）用戶I/O特性

IGLOO2 FPGA和SmartFusion2 SoC FPGA支持MSIO、MSIOD和DDRIO三種I/O銀行，不同的I/O銀行支持不同的I/O標(biāo)準(zhǔn)。

輸入緩沖器和輸出緩沖器的AC加載特性對(duì)于我們理解信號(hào)的傳輸和延遲非常重要。同時(shí)，不同I/O標(biāo)準(zhǔn)的詳細(xì)特性表格（如LVCMOS、PCI/PCIX、HSTL等）為我們?cè)谠O(shè)計(jì)I/O接口時(shí)提供了全面的參考。

（六）內(nèi)存接口和電壓參考I/O標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)于高速度的內(nèi)存接口和電壓參考I/O標(biāo)準(zhǔn)，如HSTL、SSTL和LPDDR等，文檔中都給出了詳細(xì)的DC和AC輸入輸出電平規(guī)格、阻抗規(guī)格以及切換速度等參數(shù)，這對(duì)于我們?cè)O(shè)計(jì)高速內(nèi)存接口和數(shù)據(jù)傳輸電路非常有幫助。

（七）差分I/O標(biāo)準(zhǔn)

差分I/O標(biāo)準(zhǔn)（如LVDS、B-LVDS、M-LVDS等）在高速數(shù)據(jù)傳輸中應(yīng)用廣泛。文檔中詳細(xì)介紹了這些標(biāo)準(zhǔn)的電氣特性、輸入輸出電平規(guī)格以及切換速度等參數(shù)，這對(duì)于我們?cè)O(shè)計(jì)高速差分信號(hào)傳輸電路非常重要。

（八）I/O寄存器規(guī)格

輸入和輸出寄存器的規(guī)格對(duì)于我們理解數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和傳輸非常關(guān)鍵。通過(guò)相關(guān)的時(shí)序圖和參數(shù)表格，我們可以了解到寄存器的傳播延遲、建立時(shí)間和保持時(shí)間等參數(shù)，這有助于我們進(jìn)行精確的時(shí)序設(shè)計(jì)。

（九）DDR模塊規(guī)格

DDR模塊在高速數(shù)據(jù)傳輸中起著重要的作用。文檔中詳細(xì)介紹了輸入和輸出DDR模塊的結(jié)構(gòu)和時(shí)序特性，這對(duì)于我們?cè)O(shè)計(jì)高速DDR接口非常有幫助。

（十）邏輯單元規(guī)格

4輸入LUT（LUT-4）和順序模塊是FPGA中的基本邏輯單元。文檔中給出了這些邏輯單元的時(shí)序特性，這對(duì)于我們進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì)和優(yōu)化非常有幫助。

（十一）全局資源特性

IGLOO2和SmartFusion2 SoC FPGA提供了強(qiáng)大的全局路由網(wǎng)絡(luò)，這有助于實(shí)現(xiàn)低偏差的時(shí)鐘分配。不同密度器件的全局資源特性表格為我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)時(shí)提供了重要的參考。

（十二）FPGA結(jié)構(gòu)SRAM

FPGA結(jié)構(gòu)SRAM的不同配置（如RAM1K18的不同深度和寬度配置）的時(shí)序特性表格為我們?cè)谠O(shè)計(jì)內(nèi)存模塊時(shí)提供了詳細(xì)的參考。

（十三）編程時(shí)間

不同的編程方式（如JTAG編程、2 Step IAP編程、SmartFusion2 Cortex-M3 ISP編程等）在不同的時(shí)鐘速率下的編程時(shí)間表格，為我們?cè)谶x擇編程方式和優(yōu)化編程時(shí)間時(shí)提供了重要的參考。

（十四）數(shù)學(xué)塊時(shí)序特性

數(shù)學(xué)塊在數(shù)字信號(hào)處理中起著重要的作用。文檔中詳細(xì)介紹了數(shù)學(xué)塊在不同配置下的時(shí)序特性，這對(duì)于我們?cè)O(shè)計(jì)數(shù)字信號(hào)處理電路非常有幫助。

（十五）嵌入式NVM（eNVM）特性

嵌入式NVM的讀取性能和頁(yè)面編程時(shí)間在不同的溫度范圍內(nèi)都有明確的規(guī)定，這對(duì)于我們?cè)谠O(shè)計(jì)需要存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的應(yīng)用中非常重要。

（十六）SRAM PUF

SRAM PUF提供了一系列的安全服務(wù)，文檔中詳細(xì)列出了這些服務(wù)在不同條件下的時(shí)間特性，這對(duì)于我們?cè)O(shè)計(jì)安全系統(tǒng)非常有幫助。

（十七）非確定性隨機(jī)位生成器（NRBG）

NRBG在生成隨機(jī)數(shù)方面有著重要的應(yīng)用。文檔中詳細(xì)介紹了NRBG在不同服務(wù)下的時(shí)間特性，這對(duì)于我們?cè)O(shè)計(jì)需要隨機(jī)數(shù)的應(yīng)用中非常有幫助。

（十八）加密塊特性

加密塊在保障數(shù)據(jù)安全方面起著重要的作用。文檔中詳細(xì)介紹了加密塊在不同服務(wù)下的性能參數(shù)，這對(duì)于我們?cè)O(shè)計(jì)安全系統(tǒng)非常有幫助。

（十九）晶體振蕩器

晶體振蕩器的電氣特性（如頻率、精度、輸出占空比、抖動(dòng)等）在不同的增益模式下都有詳細(xì)的規(guī)定，這對(duì)于我們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)鐘電路非常重要。

（二十）片上振蕩器

片上振蕩器的電氣特性（如頻率、精度、輸出占空比、抖動(dòng)等）為我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)鐘電路時(shí)提供了另一種選擇。

（二十一）時(shí)鐘調(diào)節(jié)電路（CCC）

CCC/PLL的規(guī)格和抖動(dòng)規(guī)格表格為我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)鐘調(diào)節(jié)電路時(shí)提供了重要的參考，這有助于我們實(shí)現(xiàn)精確的時(shí)鐘控制。

（二十二）JTAG

JTAG接口的相關(guān)參數(shù)（如時(shí)鐘到Q的延遲、測(cè)試數(shù)據(jù)輸入的建立時(shí)間和保持時(shí)間等）為我們?cè)谶M(jìn)行調(diào)試和編程時(shí)提供了重要的參考。

（二十三）系統(tǒng)控制器SPI特性

系統(tǒng)控制器SPI的特性表格詳細(xì)列出了時(shí)鐘周期、脈沖寬度、數(shù)據(jù)建立時(shí)間和保持時(shí)間等參數(shù)，這對(duì)于我們?cè)O(shè)計(jì)SPI接口非常有幫助。

（二十四）上電到功能時(shí)間

上電到功能時(shí)間表格詳細(xì)列出了在不同條件下（如MSS/HPMS是否使用）器件從上電到可用的時(shí)間，這對(duì)于我們?cè)O(shè)計(jì)系統(tǒng)的啟動(dòng)流程非常重要。

（二十五）DEVRST_N特性

DEVRST_N的斜坡時(shí)間和循環(huán)速率等特性為我們?cè)谠O(shè)計(jì)復(fù)位電路時(shí)提供了重要的參考。

（二十六）DEVRST_N到功能時(shí)間

DEVRST_N到功能時(shí)間表格詳細(xì)列出了在不同條件下器件從DEVRST_N信號(hào)到可用的時(shí)間，這對(duì)于我們?cè)O(shè)計(jì)系統(tǒng)的復(fù)位流程非常重要。

（二十七）Flash*Freeze時(shí)序特性

Flash*Freeze的進(jìn)入和退出時(shí)間表格為我們?cè)谠O(shè)計(jì)低功耗模式時(shí)提供了重要的參考。

（二十八）DDR內(nèi)存接口特性

DDR內(nèi)存接口支持不同的數(shù)據(jù)速率標(biāo)準(zhǔn)（如DDR3、DDR2、LPDDR等），這為我們?cè)谠O(shè)計(jì)內(nèi)存接口時(shí)提供了廣泛的選擇。

（二十九）SFP收發(fā)器特性

IGLOO2和SmartFusion2 SerDes符合SFP要求，文檔中詳細(xì)介紹了SFP收發(fā)器的電氣特性，這對(duì)于我們?cè)O(shè)計(jì)光通信接口非常有幫助。

（三十）SerDes電氣和時(shí)序AC和DC特性

SerDes的電氣和時(shí)序特性表格詳細(xì)列出了發(fā)射器和接收器的參數(shù)，這對(duì)于我們?cè)O(shè)計(jì)高速串行接口非常有幫助。

（三十一）SmartFusion2規(guī)格

SmartFusion2的MSS時(shí)鐘頻率、I2C特性、SPI特性、CAN控制器特性、USB特性和MMUART特性等表格為我們?cè)谠O(shè)計(jì)SmartFusion2相關(guān)應(yīng)用時(shí)提供了詳細(xì)的參考。

（三十二）IGLOO2規(guī)格

IGLOO2的HPMS時(shí)鐘頻率和SPI特性表格為我們?cè)谠O(shè)計(jì)IGLOO2相關(guān)應(yīng)用時(shí)提供了詳細(xì)的參考。

四、總結(jié)

Microsemi的IGLOO2 FPGA和SmartFusion2 SoC FPGA以其豐富的功能、高性能和高可靠性，為我們?cè)诓煌膽?yīng)用場(chǎng)景中提供了強(qiáng)大的支持。通過(guò)深入了解它們的電氣規(guī)格和特性，我們可以更好地進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)更加高效、穩(wěn)定的系統(tǒng)。

在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，仔細(xì)選擇合適的器件規(guī)格和工作條件，同時(shí)充分利用文檔中提供的各種特性和參數(shù)，進(jìn)行精確的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。希望這篇文章能對(duì)大家在使用這兩款器件時(shí)有所幫助。如果你在使用過(guò)程中有任何問(wèn)題或者經(jīng)驗(yàn)，歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。