FPGA器件配置电平和接口标准

Xilinx的所有FPGA器件都基于SRAM的内部结构，因此为在每次FPGA加电后开始工作之前必须将配置数据加载到器件内部的SRAM中，这个过程称为“配置”。(Configuration)。配置完成之后，FPGA复位其寄存器，使能各个输刀输出引脚，器件即可实现设计者要求的逻辑功能。

1．配置电平和接口标准

Virtex-4、Virtex-5和Spartan-3系列器件增加和修改了一些与配置有关的专用引脚，这些专用引脚如下。

(1)VCCAUX辅助电源：在Virtex-4、Virtex-5、Spartan-3及Spartan-3E器件中，Vccaux为2.5 V；在Spartan-3A及Spartan-3ADSP中，Vccaux可以是2.5 V或是3.3 V；在Spartan-3AN中，Vccaux是3.3 Y。

(2)专用控制信号HSWAP EN脚：当HSWAP EN为低时，在配置期间所有用户输入／输出(I/0)脚将被上拉(Pull-Up)。默认值为高(内部上拉)，即配置期间关闭用户I/O脚的内部上拉功能。

(3)配置时钟(CCLK)引脚：CCLK引脚根据配置模式的不同，既可以是输入，也可以是输出。

(4)配置完成状态输出(DONE)：当DONE为高时，表示成功完成配置；否则为配置失败。DONE引脚通常需要外部上拉电阻，上拉电阻的大小与所需的驱动电流有关，一股情况下为330Ω。

(5)允许配置或配置复位(PROG_B)信号：低电平有效，即当将该引脚拉低后，将复位内部的配置寄存器；当恢复高电平时，开始配置，直到DONE为高结束配置。

(6)模式控制引脚MO、M1及M2：决定FPGA的配置模式。

(7)边界扫描模式信号引脚：包括数据输入脚(TDI)、数据输出(TDO)、状态和控制(TMS)，以及JTAG方式配置时钟(TCK)。

这些专用配置和边界扫描引脚在Virtex-4和Vitex-5的器件中由VCC00供电，在Spartan-3中用VCCAUX辅助电源为这些信号脚提供电源，所以这些配置引脚的上拉应该对应拉到对应的VCCO0和VCCAUX。这些专用配置引脚只能用于器件的配置，不能用于其他目的。

Spartan-3器件的配置还有一些需要注意的地方，专用引脚的处理与上述的相同，但最大允许电流为10 mA。而对于多功能(复用)的配置引脚，如INIT B、DOUT、BUSY、RDWR B、CS-B及DIN／DO～D7使用时需要特别注意，这些引脚根据所处的物理位置分别采用Bank4(VCCO-4)和Bank5(VCCO_5)的电源；当使用串行模式配置时，其配置的信号引脚仅依靠Bank4(VCCO_4)的电源；当使用并行和回读(Readback)模式时，需要Bank4(VCCO_4)和Bank5(VCCO_5)的电源。因为通常我们的配置接口会是3.3 V，因此如果使用Spartan-3，Spartan-3E的器件的话，为了使这些信号能够适应3.3 V电平的配置环境，需要增加几个外部限流电阻，最大为330Ω。为了达到这个目的，需要对专用配置引脚增加限流电阻，如图所示。

图 增加限流电阻参考电路

图中的R为限流电阻，VR为限流电阻上的压降，IR．为流过限流电阻的电流，VPAD为输入引脚的电压，VIN为输入信号电压，VD为器件内部钳位二极管的饱和电压。

限流电阻的计算和如下。

VPAD的最高输入电压为3.75V，并且钳位二极管的最大电流为10 mA。

要求：VIN=3.3V而VCCAUX=2.5V，此时钳位二极管导通。

输入引脚的电压为：VPAD＝VCCAUX＋VD＝2.5V＋0.5V＝3.0V

限流电阻为：R＝(VD－VPAD)／IR＝(3.3V－2.5V－0.5V)／10mA＝30Ω

由上面的计算得出，如果需要将Spartna-3器件的Bank4(VCCO_4)和Bank5(VCCO_5)的电源接3.3 V的话，需要在所有3.3 V驱动的专用配置引脚串联最小30Ω的电阻。