MATRIZES DE PORTAS PROGRAMÁVEIS NO
CAMPO (FPGA)
MÓDULO VLSI QUE PODE SER PROGRAMADO
PARA IMPLEMENTAR UM SISTEMA DIGITAL QUE
CONSISTE DE DEZENAS DE MILHARES DE
PORTAS.
PERMITEM A IMPLEMENTAÇÃO DE REDES DE
MÚLTIPLOS NÍVEIS E SISTEMAS COMPLEXOS EM
UM ÚNICO CHIP
MATRIZES DE PORTAS PROGRAMÁVEIS NO
CAMPO (FPGA)
UM MÓDULO FPGA CONSISTE EM UMA MATRIZ DE
TRÊS TIPOS DE ELEMENTOS PROGRAMÁVEIS:
•PONTOS DE INTERCONECÇÃO (CHAVES)
•BLOCOS DE ENTRADA E SAÍDA
•BLOCOS LÓGICOS
SEQUENCIAIS)
(COMBINACIONAIS
E/OU
A CONECÇÃO ENTRE ESSES TRÊS ELEMENTOS É
FEITA ATRAVÉS DE FIOS AGRUPADOS EM CANAIS
HORIZONTAIS E VERTICAIS
MATRIZES DE PORTAS PROGRAMÁVEIS NO
CAMPO(FPGA) – ORGANIZAÇÃO DO CHIP
Bloco Lógico
programável
Matriz de
Chaveamento
Blocos de entrada/saída
Blocos de entrada/saída
Blocos de entrada/saída
Chaves
Blocos de entrada/saída
Canal de fiação
MATRIZES DE PORTAS PROGRAMÁVEIS NO
CAMPO(FPGA) – PROGRAMAÇÃO
1. ANTIFUSÍVEIS (ANTIFUSE)
•Usados por Actel, QuickLogic e Atmel
• Dispositivos de dois terminais que, quando nãoprogramados atuam como uma alta impedância, ou seja, um
circuito aberto.
• Para programação, aplica-se uma tensão entre 11 e 20V,
fazendo com que o antifuse vire um curto-circuito.
MATRIZES DE PORTAS PROGRAMÁVEIS NO
CAMPO(FPGA) – PROGRAMAÇÃO
1. ANTIFUSÍVEIS (ANTIFUSE)
• VANTAGENS:
• Tamanho reduzido.
• Baixa capacitância quando não programado.
• Baixa resistência quando programado.
• DESVANTAGENS
• Não permite reprogramação.
MATRIZES DE PORTAS PROGRAMÁVEIS NO
CAMPO(FPGA) – PROGRAMAÇÃO
1. ANTIFUSÍVEIS (ANTIFUSE DA ACTEL)
Consiste de três camadas:
Em cima, polissilício(condutora), em baixo sílicio
altamente dopado(n+), no meio uma camada dielétrica.
Com o rompimento do dielétrico um pequeno canal se
forma entre as duas camadas de silício, permitindo a
passagem de corrente elétrica.
MATRIZES DE PORTAS PROGRAMÁVEIS NO
CAMPO(FPGA) – PROGRAMAÇÃO
1. ANTIFUSÍVEIS (ANTIFUSE DA QUICKLOGIC)
A camada central é
constituída de silício
amorfo( não condutor).
Através do processo de
programação o silício
amorfo se torna
polisilício(condutor),
permitindo a passagem de
corrente.
MATRIZES DE PORTAS PROGRAMÁVEIS NO
CAMPO(FPGA) – PROGRAMAÇÃO
2. EPROMs e EEPROMs
• Comutadores são transistores MOSFET de gate flutuante, os
mesmos usados nas memórias EPROM e EEPROM.
• Não exigem memória permanente externa para preservar a
programação.
•Exigem um processo de fabricação mais complexo e o uso de
células maiores.
MATRIZES DE PORTAS PROGRAMÁVEIS NO
CAMPO(FPGA) – PROGRAMAÇÃO
3. SRAM
• Implementado com células de memórias de
• memórias estáticas (sram)
• Informação de programação perdida depois que o chip é
desenergizado
MATRIZES DE PORTAS PROGRAMÁVEIS NO
CAMPO(FPGA) – SRAM FPGAs
ELEMENTOS TÍPICOS DE UM CHIP SRAM FPGA
• CHAVE PROGRAMÁVEL
UMA CÉLULA SRAM ANEXADA À PORTA DE UM
TRANSISTOR CMOS AGE COMO UMA CHAVE, QUE É
USADA PARA FORNECER CONEXÕES ENTRE ENTRADAS
E SAÍDAS DE BLOCOS LÓGICOS
Células
SRAM
Transistor
1
Chave fechada
Células
SRAM
Transistor
0
Chave aberta
MATRIZES DE PORTAS PROGRAMÁVEIS NO
CAMPO(FPGA) – ORGANIZAÇÃO DA MEMÓRIA
SRAM
Matriz de células de
armazenamento
A0
A1
.
.
.
.
.
AM-1
Decodificador de Linha
Endereço de linha (M bits)
0
Linha de bit
1
Linha de palavra
K
Célula
2M -1
0
Endereço de coluna (N bits)
1
L
2N -1
Decodificador de coluna e sensor de nível
Dados de entrada e saída
MATRIZES DE PORTAS PROGRAMÁVEIS NO
CAMPO(FPGA) – SRAM FPGAs
•MULTIPLEXADOR PROGRAMÁVEL
MULTIPLEXADOR DE 2k entradas controlado por k CÉLULAS
SRAM
a
b
c
d
0
1 MUX
2
3
1
1
Células SRAM
Y=d
MATRIZES DE PORTAS PROGRAMÁVEIS NO
CAMPO(FPGA) – SRAM FPGAs
•TABELA DE PESQUISA (LUT – LOOK UP TABLE)
UMA MATRIZ DE 2k ´CÉLULAS SRAM (UMA TABELA DE
PESQUISA DE k ENTRADAS) IMPLEMENTAUMA FUNÇÃO
DE CHAVEAMENTO DE k VARIÁVEIS
MATRIZES DE PORTAS PROGRAMÁVEIS NO
CAMPO(FPGA) – SRAM FPGAs
•FLIP – FLOP
GARANTE A OPERAÇÃO COMO UM SISTEMA
SEQUENCIAL
MATRIZES DE PORTAS PROGRAMÁVEIS NO
CAMPO(FPGA) – SRAM FPGAs
•BLOCOS LÓGICOS PROGRAMÁVEIS (CLB)
UM CLB CONTÉM UMA TABELA DE PESQUISA ( LUT ),
DIVERSOS MULTIPLEXADORES CONTROLADOS POR
SRAM E UM ELEMENTO DE ARMAZENAMENTO QUE
PODE COMPORTAR-SE OU COMO UM FLIP- FLOP D
SENSÍVEL À BORDA OU COMO UM LATCH D SENSÍVEL
AO NÍVEL
MATRIZES DE PORTAS PROGRAMÁVEIS NO
CAMPO(FPGA) – SRAM FPGAs
X
A
B
C
D
Tabela de
G
Y
pesquisa
(LUT)
Set
F
D
S
Q
CLK
>K
Reset
K
R
MATRIZES DE PORTAS PROGRAMÁVEIS NO
CAMPO(FPGA) – SRAM FPGAs
INTERCONEXÃO PROGRAMÁVEL
SEGMENTOS METÁLICOS E PONTOS DE CHAVEAMENTO
PROGRAMÁVEIS QUE SÃO USADOS PARA FORNECER
O ROTEAMENTO DESEJADO ENTRE CLBs, BEM COMO
BLOCOS DE ENTRADA E SAÍDA
TIPOS DE RECURSOS DE INTERCONEXÃO
1. INTERCONEXÃO DIRETA
2. INTERCONEXÕES DE USO GERAL
3. LINHAS HORIZONTAIS E VERTICAIS LONGAS
MATRIZES DE PORTAS PROGRAMÁVEIS NO
CAMPO(FPGA) – SRAM FPGAs
1.
INTERCONEXÃO
DIRETA –
OCORRE
ENTRE
CLBs
HORIZONTALMENTE E VERTICALMENTE ADJACENTES.
FORNECEM CAMINHOS DE SINAIS RÁPIDOS ENTRE
MÓDULOS ADJACENTES
2.
INTERCONEXÕES DE USO GERAL – SEGMENTOS DE FIAÇÃO
VERTICAIS E HORIZONTAIS ENTRE MATRIZES DE CHAVES.
Os SEGMENTOS SÃO CONECTADOS CONFIGURANDO-SE AS
MATRIZES DE CHAVEAMENTO EM UM PADRÃO DESEJADO.
3.
LINHAS HORIZONTAIS E VERTICAIS LONGAS – SE ESTENDEM
POR TODA A MATRIZ CLB, CONSTITUINDO UM MEIO PARA
TRANSMITIR SINAIS A UM GRANDE NÚMERO DE DESTINOS
CUJOS RETARDOS SEJAM CRÍTICOS ( POR EXEMPLO, SINAL
DE RELÓGIO)
MATRIZES DE PORTAS PROGRAMÁVEIS NO
CAMPO(FPGA) – SRAM FPGAs
Interconexão
para uso geral
Linha longa
vertical
Conexão direta
Matriz de
Chaves
Interconexão
para uso geral