FPGA 電路動(dòng)態(tài)老化技術(shù)研究
摘 要:近年來,隨著FPGA 電路在軍工和航天領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,用戶對(duì)FPGA 電路的可靠性要求也越來越高。在集成電路的可靠性*估試驗(yàn)中,動(dòng)態(tài)老化試驗(yàn)是最重要的試驗(yàn)之一,FPGA 動(dòng)態(tài)老化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)可以提高FPGA 電路的可靠性。文章通過研究FPGA 電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能模塊,討論FPGA 電路加載配置過程的原理和流程,通過對(duì)動(dòng)態(tài)老化和靜態(tài)老化的對(duì)比試驗(yàn)和結(jié)果分析,研究出FPGA 電路動(dòng)態(tài)老化試驗(yàn)方法,并在工程實(shí)踐中得到了成功實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用。
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/191349.htm1 引言
FPGA 是現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(Field ProgrammingGate Array)的縮寫,用戶可以編寫程序?qū)PGA 內(nèi)部的邏輯模塊和I/O 模塊重新配置,以實(shí)現(xiàn)芯片的邏輯功能。近年來,F(xiàn)PGA芯片以其大規(guī)模、高集成度、高可靠性、投資少、保密性好、開發(fā)方便、使用靈活、可在線編程等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。隨著FPGA 電路在軍工和航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用,其高可靠性尤為重要,為了提高電路的可靠性,最好的方法是對(duì)電路進(jìn)行篩選,其中老化試驗(yàn)就是篩選過程中最為重要的環(huán)節(jié)之一。
考慮到FPGA 電路的工作模式比較復(fù)雜,外部需要存儲(chǔ)器或者FLASH 對(duì)其進(jìn)行配置,F(xiàn)PGA 才能動(dòng)態(tài)工作,因此國(guó)內(nèi)一般的FPGA 老化技術(shù)都采用了靜態(tài)老化試驗(yàn)方法。這種靜態(tài)老化試驗(yàn)方法存在著一定的缺陷,電路在老化過程中并沒有受到真正的應(yīng)力,因此并不能真正剔除掉早期失效的產(chǎn)品,其可靠性得不到保證。對(duì)FPGA 電路動(dòng)態(tài)老化的研究,提高老化試驗(yàn)條件的嚴(yán)酷度,即可保證電路的高可靠性要求。
2 動(dòng)態(tài)老化試驗(yàn)
集成電路的動(dòng)態(tài)老化理論上要求電路在其最高溫度工作條件下完全模擬實(shí)際工作狀態(tài),電路內(nèi)部的邏輯單元都有機(jī)會(huì)得到翻轉(zhuǎn),對(duì)于一般數(shù)字集成電路都需要外部提供功能測(cè)試碼來驅(qū)動(dòng)電路工作。
對(duì)于FPGA 電路的動(dòng)態(tài)老化試驗(yàn)來說,功能測(cè)試碼是存儲(chǔ)在外部存儲(chǔ)器中的配置程序,將程序配置到FPGA 電路內(nèi)部,使內(nèi)部的門陣列全部工作起來,實(shí)現(xiàn)高覆蓋率的邏輯節(jié)點(diǎn)的翻轉(zhuǎn),讓其按照規(guī)定的功能工作。因此本研究工作的關(guān)鍵在如何進(jìn)行FPGA電路的程序配置。
3 FPGA設(shè)計(jì)流程
完整的FPGA 設(shè)計(jì)流程包括邏輯電路設(shè)計(jì)輸入、功能仿真、綜合及時(shí)序分析、實(shí)現(xiàn)、加載配置、調(diào)試。FPGA 配置就是將特定的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)按FPGA設(shè)計(jì)流程轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)位流加載到FPGA 的內(nèi)部存儲(chǔ)器中,實(shí)現(xiàn)特定邏輯功能的過程。由于FPGA 電路的內(nèi)部存儲(chǔ)器都是基于RAM 工藝的,所以當(dāng)FPGA電路電源掉電后,內(nèi)部存儲(chǔ)器中已加載的位流數(shù)據(jù)將隨之丟失。所以,通常將設(shè)計(jì)完成的FPGA 位流數(shù)據(jù)存于外部存儲(chǔ)器中,每次上電自動(dòng)進(jìn)行FPGA電路配置加載。
4 FPGA配置原理
以Xilinx公司的Qpro Virtex Hi-Rel系列XQV100電路為例,F(xiàn)PGA的配置模式有四種方案可選擇:MasterSerial Mode,Slave Serial Mode,Master selectMAPMode,Slave selectMAP Mode。配置是通過芯片上的一組專/ 復(fù)用引腳信號(hào)完成的,主要配置功能信號(hào)如下:
?。?)M0、M1、M2:下載配置模式選擇;
?。?)CLK:配置時(shí)鐘信號(hào);
?。?)DONE:顯示配置狀態(tài)、控制器件啟動(dòng);
?。?)PROG_B:初始化引出端;
?。?)INT_B:配置延遲控制,配置錯(cuò)誤顯示;
?。?)DOUT:菊花鏈中的配置數(shù)據(jù)輸出。
(7)DIN:串行數(shù)據(jù)輸入;
FPGA 電路在選定模式下的配置過程包括四個(gè)主要階段:
(1)清除FPGA 電路內(nèi)部配置存儲(chǔ)器;
(2)初始化FPGA 電路配置邏輯功能;
?。?)加載FPGA 電路配置數(shù)據(jù)流;
?。?)FPGA 電路配置完成,啟動(dòng)電路就緒序列。
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