文档介绍：低功耗FPGA设计技术
一、前言
随着系统功率预算的不断紧缩，迫切需要新型低功率元器件。对通信基础设施而言，电路板 冷却、机箱体积小型化以及系统可靠性在系统设计中都起着巫要的作用。对e-应用，电池寿命、 热耗散和小体积尺寸足主要的设计难点。选用智能器件，辅以正确的设计技巧增加了符合功率预 算的可能性。尽管可编程逻辑器件（PLD）有很好的性能，然而却以牺牲功耗为代价。Actel公 司的抗熔断型ITGA提供低功耗且高性能应用的理想解决方案。本文涵盖Actel eX系列以及 SX/SX-A系列器件，详细描述了器件的结构特点与设计技巧。
二、抗熔断型FPGA的结构与特点
Actel公司的抗熔断型FPGA是用先进的CMOS工艺制作的，内部采用专利的金属-金屈抗熔
断元件。抗熔断H连就象纯金属互连一样,而与川晶体管开关的SRAM 。抗熔断结
构消除了 CRAM互连开关中图腾柱结构的功耗，并目-缩小了器 件的尺寸，使全部连线资源都位于硅片的顶部。这种结构可 以更形彖地用掩埋在金属层上的“模块海洋”来描述，极大 地减少了芯片的尺寸以及开关的电阻与电容，从而降低了功 耗（图1）。
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分段式连线资源
该类器件采用分段式连线资源，其容量是连线的长度，宽度和负载的函数。分段式连线较全 长式短，因而电容也较小。分段结构还允许切断未使用连线，进一步减小了电容。当信号需要传 输较长距离时,可将多个线段连接在一起，这是通过连线开关完成的。山于这类开关是快速且低 功耗的，因此不会增加功耗与延时。oX以及SX/SX-A结构采用称为Fastconnet l j Directconncct 两种创新的局部连线资源将逻辑块连接在…起。此外，器件还具仃山不同段长度组成的其它连线 资源，以备需要较长距离的连线信号连接使用。
低功耗模式引脚
eX器件提供一个专用的低功耗引脚，这是降低功耗的乂一种于•段。它能关闭所冇的内部电 荷泵，将静态电流降低至儿乎为0。当然用户必须细心地处理某些边缘效应，这将在下文详细讨 论。
细晶粒结构
粗晶粒PLD与FPGA逻辑的效率比Actel细晶粒逻辑块低
CM
因而浪费了很多逻辑功能。Actel eX, SX/SX-A系列是在细晶粒 4输入MUX基木结构上构建的，且备有多个控制输入。一个单元 能实现多达5个输入的逻辑功能，使逻辑映射功能更有效。这种 细晶粒结构打大量的且分段的连线资源相结介，有助于在不牺牲
K2 •件的另一H时卄入
性能的前提下降低功耗。
非易失性与通电时即时T作
山于Actel FPGA采用抗熔断技术，本质上是非易失性的，在通电时能即时工作，器件在通 电序列中无需进行霓构,信息是水久性编程的,信息的存储与保持不消耗电流，从而减小静态电 流，降低功耗。器件不必携带通电系统引导程序的PROM, M而是一种高性能的单片解决方案。
三、降低功耗的设计技巧
基于CMOS的设计主要消耗三类切率：