时序收敛
现场可编程逻辑门阵列、专用集成电路等集成电路设计过程中,使设计的电路满足时序要求的过程
时序收敛是集成电路设计中通过调整电路满足时序要求的关键流程,涉及现场可编程逻辑门阵列FPGA)和专用集成电路(ASIC)两类实现方式。该过程利用电子设计自动化(EDA)工具实现逻辑综合、布局布线及静态时序分析(STA),确保信号在预设时钟周期内稳定传输。FPGA因可重复编程特性适用于原型验证,而ASIC通过全定制设计优化面积、速度和功耗,适配量产需求。
简介
为了完成上述过程,工程师常常需要在电子设计自动化工具辅助下工作。“时序收敛”一词有时也用于表达这些要求最终被满足的状态。
现场可编程逻辑门阵列
现场可编程逻辑闸阵列(英语:Field Programmable Gate Array,缩写为FPGA),它是在PAL、GAL、CPLD可编程逻辑器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路领域中的一种半定制电路而出现的,既解决了全定制电路的不足,又克服了原有可编程逻辑器件门电路数有限的缺点。
目前以硬件描述语言Verilog或VHDL)描述的逻辑电路,可以利用逻辑综合布局布线工具软件,快速地刻录至FPGA上进行测试,这一过程是现代集成电路设计验证的技术主流。这些可编程逻辑组件可以被用来实现一些基本的逻辑门数字电路(比如与门或门异或门非门)或者更复杂一些的组合逻辑功能,比如译码器等。在大多数的FPGA里面,这些可编辑的组件里也包含记忆组件,例如触发器(Flip-flop)或者其他更加完整的记忆块,从而构成时序逻辑电路
系统设计师可以根据需要,通过可编辑的连接,把FPGA内部的逻辑块连接起来。这就好像一个电路试验板被放在了一个芯片里。一个出厂后的成品FPGA的逻辑块和连接可以按照设计者的需要而改变,所以FPGA可以完成所需要的逻辑功能。
FPGA一般来说比专用集成电路(ASIC)的速度要慢,无法完成更复杂的设计,并且会消耗更多的电能。但是,FPGA具有很多优点,比如可以快速成品,而且其内部逻辑可以被设计者反复修改,从而改正程序中的错误,此外,使用FPGA进行除错的成本较低。厂商也可能会提供便宜、但是编辑能力有限的FPGA产品。因为这些芯片有的可编辑能力较差,所以这些设计的开发是在普通的FPGA上完成的,然后将设计转移到一个类似于专用集成电路的芯片上。在一些技术更新比较快的行业,FPGA几乎是电子系统中的必要部件,因为在大批量供货前,必须迅速抢占市场,这时FPGA方便灵活的优势就显得很重要。
专用集成电路
专用集成电路(英语:Application-specific integrated circuit,缩写:ASIC),是指依产品需求不同而客制化的特殊规格集成电路;相反地,非客制化的是应用特定标准产品(Application-specific standard product)集成电路。
专用集成电路是由特定使用者要求和特定电子系统的需要而设计、制造。由于单个专用集成电路芯片的生产成本很高,如果出货量较小,则采用专用集成电路在经济上不太实惠。这种情况可以使用可编程逻辑器件(如现场可编程逻辑门阵列)来作为目标硬件实现集成电路设计。此外,可编程逻辑器件具有用户可编程特性,因此适合于大规模芯片量产之前的原型机,来进行调试等工作。但是可编程逻辑器件在面积、速度方面的优化程度不如全定制的集成电路。
一般专用集成电路的ROMRAM都在出厂前经过掩膜(MASK),如常用的红外线遥控器发射芯片就是这种芯片。
专用集成电路的特点是面向特定用户的需求,品种多、批量少,要求设计和生产周期短,它作为集成电路技术与特定用户的整机或系统技术紧密结合的产物,与通用集成电路相比具有体积更小、重量更轻、功耗更低、可靠性提高、性能提高、保密性增强、成本降低等优点。
电子设计自动化
电子设计自动化(英语:Electronic design automation,缩写:EDA)是指利用计算机辅助设计(CAD)软件,来完成超大规模集成电路(VLSI)芯片的功能设计综合验证物理设计(包括布局布线版图设计规则检查等)等流程的设计方式。
参考资料
静态时序分析的基本概念和目的 .电子技术应用.2017-08-30
最新修订时间:2025-10-07 05:57
目录
概述
简介
现场可编程逻辑门阵列
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