fpga系列 HDL 00 : 闪存FPGA结构与特性 + Microchip低功耗FPGA产品&Microchip FPGA系列产品

参照资料

• Microchip微芯 Microchip FPGA系列产品

FPGA互连技术

SRAM互连

• SRAM依靠双稳态电路（如反向锁存器）来存储每一个比特。速度快，不需要像DRAM那样周期性地刷新其数据，但是数据掉电丢失。

• 工作原理：
  SRAM的存储单元通常由多个晶体管构成，常见的是六个晶体管（6T SRAM单元）。这些晶体管组成一个双稳态锁存器，能够稳定地保存数据。每个存储单元可以存储一个比特数据（0或1），但是一旦电源关闭，存储的数据就会丢失，因此它属于易失性存储器。

闪存互连

• 闪存是一种非易失性存储，它能够在断电的情况下保持数据，因此广泛应用于存储卡、USB闪存驱动器、固态硬盘（SSD）等设备中。
  

• 工作原理：
  NOR闪存、NAND闪存和EEPROM都属于闪存设备。浮栅工艺是闪存技术的核心之一，浮栅晶体管（Floating-Gate Transistor）能通过电荷的积累与释放来存储数据。

  浮栅上的电荷能在没有电源的情况下长时间保持，从而实现非易失性存储。闪存的容量、速度和耐用性通常受到浮栅电荷保持能力的影响

  浮栅工艺中的“浮栅”指的是一个浮动的栅极，它被完全隔离于源极、漏极和控制栅之间。电荷在浮栅中存储，并且浮栅与控制栅之间的电场关系决定了存储单元的电压状态。

  • 编程（写入）：通过施加高电压（通常在几个伏特的范围内）到控制栅，使电子通过栅介质流入浮栅，存储在其中。这个过程称为“编程”。

  • 擦除：擦除操作通过反向电压将浮栅中的电荷驱赶出去，这样浮栅不再携带电荷，存储的状态变为“0”。

  • 读取：读取时通过施加较低的电压，检查浮栅是否有电荷。如果有电荷，则代表存储了“1”；如果没有电荷，则代表存储了“0”。

闪存FPGA的优势

• 集成度高：将闪存与FPGA集成在一个芯片上，减少了外部部件和连接，简化了电路设计。
• 快速配置：比传统的FPGA配置方式具有更短的上电时间。
• 降低系统复杂度：内部集成闪存减少了对外部存储器的依赖，降低了系统成本。
• 可靠性强：非易失性配置数据可以防止在断电情况下丢失，保证了设备的稳定运行。

闪存FPGA的挑战

• 存储容量限制：虽然闪存FPGA内置了闪存存储单元，但相对于外部存储器，内置存储的容量可能较小，限制了FPGA设计的灵活性。
• 编程复杂度：闪存FPGA的编程和配置可能需要更精细的控制，用户需要了解如何通过接口进行配置更新。
• 成本因素：集成闪存可能增加FPGA芯片的生产成本，尤其是在需求高容量存储时。

闪存FPGA

• 基本单元：包含6个晶体管，静态功耗较大
  
• 基本单元：采用推挽结构，由N沟道和P沟道浮栅MOS管和一个开关控制MOS管组成
  
  
  

辐射失效

• 对配置失效免疫，无需运行重启
  

安全性

• 加密、 防篡改、抗DPA
  
  
  

瞬时上电特性

产品系列

第三代Flash FPGA

• 包括软核、ADC、DAC、DMA和多个外设接口的SmartFusion：
  

第四代FPGA

LGLOO 2

SmartFusion 2

第五代FPGA

PolarFire FPGA

PolarFire Soc

应用案例