來源：羅姆半導(dǎo)體社區(qū)

近幾年來，幾乎沒有電路設(shè)計(jì)工程師沒聽說過“FPGA”這個(gè)詞。作為能夠大幅提高生產(chǎn)性的可編程器件，逐漸被廣為熟知，F(xiàn)PGA工程師也在急劇增加。如今，我們每天都在接觸采用FPGA所制作出來的設(shè)備。

比如，在日常消費(fèi)中，大家考慮購買的平板液晶等離子電視、硬盤錄像機(jī)，F(xiàn)PGA就是安裝在這些與音頻/視覺相關(guān)的產(chǎn)品中。除此之外，F(xiàn)PGA還廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、手機(jī)基站和通信基礎(chǔ)設(shè)施相關(guān)的設(shè)備。 但是，F(xiàn)PGA到底是什么呢？它的便利到底體現(xiàn)在哪些方面呢？很少人可以準(zhǔn)確的回答些問題。

所謂FPGA，即"現(xiàn)場可編程門陣列"（Field Programmable Gate Array）。

一種開發(fā)者在短時(shí)間內(nèi)利用個(gè)人電腦就可以在其上面實(shí)現(xiàn)自己想要的功能，而且可以多次重寫的廉價(jià)設(shè)備。事實(shí)上, FPGA已經(jīng)得到了全球大多數(shù)用戶的支持。在2005年時(shí)，在isuppli提供的調(diào)查報(bào)告中顯示，ASIC和PLD (包含F(xiàn)PGA可編程產(chǎn)品) 的銷售量排名中，世界前五名里有兩個(gè)是FPGA供應(yīng)商。在業(yè)界中，美國XILINX排名世界第一位，IBM排名世界第二位，美國Altera排名世界第四位。

FPGA的誕生背景

Xilinx首創(chuàng)了FPGA這一創(chuàng)新性的技術(shù)，并于1985年首次推出商業(yè)化產(chǎn)品“XC2000”。

當(dāng)時(shí)的半導(dǎo)體器件以CMOS LSI為主流，相繼出現(xiàn)了大規(guī)模的邏輯系統(tǒng)。“門陣列”是當(dāng)時(shí)將邏輯系統(tǒng)LSI化的最簡單方法。門陣列是指由半導(dǎo)體廠商準(zhǔn)備出已經(jīng)在硅片上形成了被稱為基本單元的邏輯門的母板，通過按照用戶希望的電路進(jìn)行布線，在母板上形成電路的半客戶定制品芯片。雖然是ASIC（Application Specific Integrated Circuit）中設(shè)計(jì)和開發(fā)的成本和周期最短的，但仍需要幾個(gè)星期的開發(fā)時(shí)間。

另一方面，從PROM（Programmable Read Only Memory）派生出來的現(xiàn)場可編程器件PLA（Programmable Logic Array）得到廣泛應(yīng)用。PLA為一個(gè)邏輯器件，用戶進(jìn)行現(xiàn)場（應(yīng)用領(lǐng)域）編程。PLA是以集成結(jié)構(gòu)為特征的邏輯LSI，它能夠通過與PROM程序相同的設(shè)備，寫入連接信息。然后，EPROM和EEPROM之類的新設(shè)備相繼出現(xiàn)，因?yàn)閷?shí)用且容易使用而廣受歡迎。然而，還是難以自由實(shí)現(xiàn)任意的大規(guī)模邏輯，它們都只能起到輔助作用。

在這樣的背景下出現(xiàn)的XC2000系列，是PLA領(lǐng)域第一款兼容現(xiàn)場可編程性和門陣列設(shè)計(jì)自由度的FPGA器件。通過將用戶設(shè)計(jì)的邏輯信息和布線信息加載到內(nèi)置SRAM型存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)中，使回路按照設(shè)計(jì)作動(dòng)。

在FPGA誕生的初期，計(jì)算機(jī)研究員是最先感受到FPGA的巨大優(yōu)勢的。在此之前，要想實(shí)現(xiàn)一個(gè)新計(jì)算機(jī)體架構(gòu)的設(shè)計(jì)想法，必須要開發(fā)一個(gè)ASIC作為原型，在面板上安裝很多個(gè)體積龐大的IC。但是，與這些需要投入巨大成本和精力的方式不同，一旦用戶創(chuàng)建了具有多個(gè)FPGA的原型板，就可以立即運(yùn)行您設(shè)計(jì)的新架構(gòu)。而且，修正和更改規(guī)格也變得輕松簡單。因此，許多新的架構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生因此，對可重構(gòu)處理器的研究和對新FPGA架構(gòu)的研究也開始蓬勃發(fā)展，在此之后，F(xiàn)PGA使用靈活，適用性強(qiáng)的特征在通信/圖像處理領(lǐng)域也大獲好評，并將其應(yīng)用于路由器等通信網(wǎng)絡(luò)的各種設(shè)備中。

與ASIC的概念截然相反，F(xiàn)PGA的概念是在短時(shí)間能以低成本讓用戶得到想要的邏輯，這一概念得到了用戶的支持。然而，在FPGA發(fā)布初期，并沒有獲得業(yè)界人士的認(rèn)同和支持。初期的FPGA實(shí)際集成度僅為門陣列的1/5，其原因是當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)工具無法充分利用器件特性進(jìn)行設(shè)計(jì)。 如今，通過先進(jìn)的半導(dǎo)體工藝技術(shù)，65/90nm這類的芯片提高了集成度，各種設(shè)計(jì)工具得到了發(fā)展，可以高集成度，高效率地進(jìn)行設(shè)計(jì)。不過，我認(rèn)為FPGA能夠普及的最大原因是它的價(jià)格。FPGA器件本身的價(jià)格已經(jīng)降到了所有人都能接受的價(jià)格范圍內(nèi)。

FPGA對電源的要求

選擇FPGA電源時(shí)，首要選擇標(biāo)準(zhǔn)之一是所要求的輸入工作電壓。其次應(yīng)當(dāng)檢查電流要求。在最終備選器件名單確定后，再對一些特性進(jìn)行檢查，如工作頻率范圍、低電流模式省電量等，這樣設(shè)計(jì)人員就能確定最適合應(yīng)用的器件。

羅姆的面向FPGA的表面貼裝DC/DC模塊，僅需決定規(guī)格 就能輕松完成最適合FPGA的電源框圖！采用恒定時(shí)間控制，與傳統(tǒng)方式相比實(shí)現(xiàn)業(yè)界最高效率的負(fù)載響應(yīng)性，為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性 做出貢獻(xiàn)。內(nèi)置DC/DC模塊所需的所有零部件，讓系統(tǒng)上的電源設(shè)計(jì)更加簡單。

審核編輯 黃昊宇