混合信号FPGA开辟可编程逻辑的新领域

通过发布其Fusion可编程系统芯片(PSC),Actel大胆闯入可编程逻辑从未涉足过的领域。据称,这是世界第一个混合信号FPGA系列。

Fusion PSC在一个单芯片上整合了可配置模拟模块、闪存、时钟生成/管理以及数字逻辑。Actel相信,新产品将开启FPGA新应用的大门,这些新应用包括电源和温度管理、马达和运动控制、系统初始化和配置、程序和数据存储以及“加电自动激活”时钟生成、调控和分配等。

“我们认为Fusion PSC将改变FPGA领域的游戏规则。”Actel的营销副总裁Dennis Kish表示,“从客户的反映来看,我们以往的任何产品都不能与其相提并论。”

Actel在去年7月曾低调地概要介绍了Fusion架构,这次除发布新器件外,还具体介绍了器件内部的组件情况。Actel还将推出Libero 7.0集成开发环境(IDE),它是一款支持Fusion PSC及允许配置其模拟模块的升级版软件。

Fusion PSC将包括A/D转换器、模拟输入、集成振荡器和嵌入式闪存。此外,Actel的硅产品营销总监Martin Mason表示,Fusion将整合众多通常会分布在PCB上的模拟器件,此举会使系统更精巧、更可靠,而且更节电。

作为一种FPGA,Fusion还将提供远低于混合信号ASIC的设计成本,但是其性能和容量与ASIC也有差距。Fusion批量出售的起始单价约为5美元,如果订货数目很大的话,价格还能进一步优惠。

图1: 直接与现实世界连接的混合信号FPGA

作为首批Fusion系列产品中容量最大的一款器件,AFS1500提供150万个系统门,大约相当于15万个ASIC逻辑门。低容量的AFS090则提供9万个系统门。Fusion系列器件的速度最高达到350MHz,而其最初的目标则设定在100到200MHz应用范围。

“总会存在一些我们无法满足其性能要求的应用,但是我们才刚开始研发这种产品,假以时日,我们会利用这种技术尽可能地满足市场要求。”Mason表示,“我们最初的产品是一种非常好的通用混合信号解决方案,带有电源管理和模拟前端处理。”

Fusion中的模拟电路值得关注,它是可配置但不是可编程的。“模拟电路本身是固定的。”Mason表示,“这与我们把许多晶体管连接在一起的情况不同。系统内部有预定义和非常高效的模拟模块,可以利用寄存器设置(在系统启动时从闪存预载数据)来控制这些模块。”

虽然过去人们也尝试过在FPGA中增加模拟特性,但是据Mason介绍,Fusion提供的众多特性在过去的FPGA产品中前所未闻。在这些新特性中有一个颇为抢眼,那就是采样频率高达每秒60万次、分辨率高达12位的A/D转换器。

A/D转换器主要用于将来自模拟方阵的信号进行数字化处理,而模拟方阵是电压输入范围从-12V到+12V的一组模拟I/O。在模拟方阵和A/D转换器之间是一个可配置的32通道模拟多路复用器,Mason称,这在FPGA构造中是绝无仅有的。

时钟源包括一个晶振电路、一个1%精度的RC振荡器、一个可编程实时计数器和若干锁相环。

当然,Fusion上也包含数字逻辑,Actel称其为VersaTiles。它允许传统的综合和映射工具将任何资源当作一个3输入查找表等价物、一个D触发器或一个锁存器加以使用。

将这种架构整合在一起的是一个名为Smart Backbone的软IP,它包括状态机和在模块间实施判断的控制逻辑。

Fusion PSC提供各种硬IP和软IP,其中包括8051和ARM7内核。因为Fusion已经内置模拟电路,所以外部的模拟IP通常不能映射到Fusion。

任何一种新架构的出现都伴随着编程挑战。Mason介绍,Actel已经创建了一个设计系统,具备很少或根本没有模拟设计经验的软硬件开发人员都可以使用这个系统。因为Actel已经验证了模拟/数字接口,所以在这里不需要Spice或混合信号仿真。

带有数字综合和仿真工具的Libero 7.0 IDE包括支持用户生成、配置和将IP映射到Fusion架构的升级功能。一个称为SmartGen的工具提供了一种图形方法,可以将FPGA逻辑、闪存和模拟模块连至Smart Backbone。

Fusion的初学者工具包包括Libero 7.0黄金版、一块评估板、一个60万门的Fusion PSC、一台调试器以及相关文件。

最初的Fusion系列包括4款器件,范围从9万门的AFS090到150万门的AFS1500。最先供货的是60万门的AFS600。Fusion产品在批量25万片时的起始单价为4.95美元。目前,Libero 7.0和Fusion初学者工具包已经开始供货。

作者: 葛立伟