简记_FPGA 硬件最小系统设计

一、FPGA板级设计的五要素

1.1、电源电路

核心电压：一般为固定值

IO电压：FPGA的IO分为多个bank，同一个bank的不同IO引脚电压相同，不同bank的电压可以不同

辅助电压：除了核心电压和IO电压，FPGA工作所需的其他电压都叫辅助电压，例如：模拟电压，

Phase-locked loop，锁相环 (PLL) 需要模拟电源。

1.2、时钟电路

外部输入时钟：只需要将振荡器连接到全局时钟的专用引脚上，软件工具一般会自动识别并连接到全局时钟网络上。通常使用有源晶振（Oscillator），非无源晶振（Crystal）。

时钟走线要短，需确保外部输入时钟信号干净且稳定，温漂小。

全局时钟网络：FPGA内部设计的走线池，使用这种专用时钟网络走线，同一时钟到达不同寄存器的时间差很小。

PLL和DLL：FPGA内部进行倍频和分频的时钟管理模块。DLL（Delay Locked Loop 延时锁定环）

1.3、复位电路

复位信号开启时（一般默认为低电平），系统处于复位状态，当电平从低变高后，进入正常工作状态，系统便拥有了所期望的初始状态。

可使用电压监控复位芯片（例如SGM803），可监控多电源系统的上一级公共电源电压，以便实现可靠的上下电复位。

1.4、配置(烧录)电路

FPGA大部分基于SRAM（Static Random Access Memory，静态随机存取存储器）来实现可编程特性，一旦掉电，SRAM数据丢失，所以，FPGA通常需要外挂一个用于保存当前配置数据流的flash芯片，称为“配置芯片”。

通常使用JTAG在线编程，JTAG包含如下关键管脚：

• VDD   电源正（可选）
• GND   电源负
• TDI     测试数据输入引脚，用于将测试数据或指令串行输入到芯片的内部寄存器
• TDO   测试数据输出引脚，用于将芯片内部寄存器的数据串行输出
• TMS   测试模式选择引脚，用于控制JTAG状态机的状态，每个时钟周期的TMS值决定了JTAG的状态机进入哪个状态
• TCK   测试时钟输入引脚，为JTAG操作提供时钟信号
• TRST 测试复位引脚（可选），用于将JTAG控制器复位到初始状态。不使用时可以通过内部逻辑复位。

1.5、外设电路

赛灵思（Xilinx）的FPGA管脚分布图通常不在其Datasheet中直接展示，而是通过专门的Pinout文件或用户手册（如UG475）提供详细信息。

FPGA器件有丰富的外设（I/O）资源，应用时，需考虑以下几点：

• 输入和输出时钟信号分配到专用的引脚上；
• 差分信号分配到支持差分传输的专用引脚上；
• 高速信号分配到支持高速传输的专用引脚上；
• 总线信号分配到同一个BANK或相近的BANK中；
• 引脚分配尽可能减少交叉连接；