基于EP1C3T144C8的FPGA的开发板设计

1  引言

现场可编程门阵列(FPGA，Field Programmable Gate Array)的出现是超大规模集成电路(VISI)技术和计算机辅助设计(CAD)技术发展的结果。FPGA器件集成度高、体积小，具有通过用户编程实现专门应用的的功能。它允许电路设计者利用基于计算机的开发平台，经过设计输入、仿真、测试和校验，直到达到预期的效果。利用FPGA可以大大缩短系统的研制周期，减少资金投入。更吸引人的是采用FPGA器件可以将原来的电路板级产品集成为芯片级产品，从而降低了功耗，提高了可靠性，同时还可以很方便的对设计进行在线修改。FPGA器件成为研制开发的理想器件，特别适于产品的样机开发和小批量生产，因此人们也把FPGA称为可编程的ASIC。

可以断定FPGA在结构、密度、功能、速度和灵活性方面将得到进一步的发展。随着工艺和结构的改进，FPGA的集成度将进一步提高，性能将进一步完善，成本将逐渐下降，在现代电子系统设计中将起到越来越重要的作用。

2 硬件电路设计及原理

2．1 硬件电路整体结构

本设计的开发板电路包括6个部分：下载电路、下载接口、FPGA、电源电路、和扩展接口。其电路结构框图如下：

2．1．1主芯片EPlC3T144C8

Altera Cyclone系列FPGA是A1tera公司2003年9月份推出的，基于1．5v，O．13μm工艺，Cyclone是一个性价比很高的FPGA系列。其中EPlC3T144是Cyclone系列中的一员，共有2910逻辑单元，59904RAM bits，1个PLLs，最多有104个用户I／O，可以说这款FPGA的资源非常丰富，足够满足大型设计的需要。

本设计选用Altera公司的Cyclone系列芯片，芯片型号为EPlC3T144C8，因为该芯片是Altera公司推出的低价格、高容量的FPGA，其以较低的价格、优良的特性及丰富的片上资源在实际应用中被广泛的采用，这些都是其他同类产品无法相比的。

EPlC3T144C8芯片采用1．5V内核电压，0．33 μmSRAM工艺，与其他同类产品相比具有以下特点：

(1)逻辑资源丰富，逻辑单元(LE)数量为2910个。

(2)有104个可用I／O引脚，I／O输出可以根据需要调整驱动能力，并具有压摆率控制、三态缓冲、总线保持等功能：整个器件的I／0引脚分为四个区，每个区可以独立采用不同的输入电压，并可提供不同电压等级的I／0输出。

(3)多电压接口，支持LVTTL，LVCMOS，LVDS等I／0标准。

(4)灵活的时钟管理，片内配有一个锁相环(PLL)电路，可以提供输入时钟的1～32倍频或分频、156～417ps相移和可变占空比的时钟输出，输出时钟的特性可直接在开发软件Quartos II里设定。经锁相环输出的时钟信号既可以作为内部的全局时钟，也可以输出到片外供其它电路使用。

(5)内有SignalTap嵌入式逻辑分析器，极大地方便了设计者对芯片内部逻辑进行检查，而不需要将内部信号输出到I／O管脚上。

2．2 设计电路模块及原理

2．2．1 下载线电路

Altera器件的编程连接硬件包括：ByteBlaster并口下载电缆、ByteBlasterMV并口下载电缆、MasterBlaster串口／USB通信电缆、BitBlaster串口下载电缆。 本设计采用了ByteBlasterMV串口口下载电缆。

ByteBlasterMV串口下载电缆采用两种下载模式：被动串行模式和JTAG仿真下载模式。

◆．被动串行模式(PS)

为了利用ByteBlasterMV并口下载电缆配置1．5VCyclone系列EPlC3T144，3．3V电源中应该连接上拉电阻，电缆的VCC脚连接到3．3V电源，而器件的VCCINT引脚连到相应的1．5V电源。对于PS配置，器件的VCCIO引脚必须连到2．5V或3．3V电源。对于JTAG在线配置和在线编程，电缆的VCC引脚必须连接3．3V电源。

ByteBlasterMV并口下载电缆与PC机相连的是25针插头，与PCB电路板相连的是10针插座。数据从PC机并口通过ByteBlasterMV并口电缆下载到电路板。

2．2．2 电源电路

采用LMl086系列芯片为电路提供稳定的电源。LMl086是一系列工作在1．5A负载电流下，最大输出电流为1．5A的低输出电压控制器。在本设计中用于为FPGA提供1．5V和3．3V电源电压。该芯片的主要特点：

(1)． 可以得到2．85V、3．3V、5．0V电压并且有不同的版本。

(2)．电流限制和热保护。

(3)．1．5A输出电流。

该电路将5．0V的电源电压从左端输入转化为3．3V从电路右端输出，采用的芯片是LMl086IS一3．3，为电路中需要3．3V电源电压的部分提供电压。其中F1为保险丝，可以保护电路。D1是稳压管，使电源电压更加稳定。电路中电容均为滤波之用，C2、C4为高频滤波电容，Cl、C3、C5为低频滤波电容。

将3．3V的电源电压从左端输入转化为1．5V从电路右端输出，采用的芯片是LMl086IS—ADJ，该电路同上边的电源部分原理基本相同该芯片输出电压可调，为电路中需要1．5V电源电压的部分提供电压。该电路同上边的屯源部分原理基本相同电路的这两部分采用了LMl086系列芯片，电路中接有滤波电容，使整个电路设计非常合理输出非常稳定，可以分别担负起为电路提供稳定的3．3V、1．5V电压的的作用，保障了电路的正常工作。