ZHCAE02 April 2024 SN74AXC4T774 , SN74LXC1T45 , SN74LXC2T45 , SN74LXC8T245 , TXU0101 , TXU0102 , TXU0202 , TXU0304
隨著 FPGA 的發展和產品種類的增加,FPGA(現場可編程門陣列)在電子系統和產品中的應用也日益廣泛。憑借 FPGA 的靈活性,用戶可以對處理器重新編程,而不必等待新的器件型號推出,因此 FPGA 越來越受歡迎。此外,有了 FPGA,系統設計人員還能通過實施固件更新,而不是浪費時間進行硬件更改,來快速進行新功能的原型設計,從而縮短設計周期。FPGA 的功能范圍很廣,許多新型 FPGA 可與一些正在開發的復雜定制 ASIC(專用集成電路)相媲美。
FPGA 處理能力的提升,以及 I/O(輸入/輸出)和內存容量的增加,為設計人員實現特定設計提供了多種選擇。不過,使用現代 FPGA 上提供的許多資源時,功耗往往更高。FPGA 供應商通常會提供關于如何配置其 FPGA 的建議,以便針對給定 FPGA 設計實現更低的總體功率范圍。
通常,FPGA 配置建議要求將 FPGA 內核電壓降至 1.8V 或 3.3V 等常用電壓軌以下。例如,對于具有大量查詢表 (LUT) 的復雜 FPGA,FPGA 供應商會建議在 1.2V 甚至更低的核心電壓下運行 FPGA,以達到設計功耗。內核電壓越低,FPGA 可支持的 I/O 電壓就越低。當 FPGA 在 1.2V 或更低內核電壓下運行時,系統設計人員面臨的設計挑戰之一是,FGPA 連接的外設通常在遠高于 FPGA I/O 所能支持的電壓下運行,這會導致 I/O 電壓電平不匹配(請參閱圖 1)。
對于系統設計人員來說,提高 FPGA 的 I/O 電壓需要將整個 FPGA 的內核電壓或相當一部分的內核電壓提高至更高電平,這會導致整體功耗增加。如果只有少數 FPGA I/O 存在 I/O 電平不匹配情況,則這會提高 FPGA 的整體功率上限。有一種設計能夠幫助系統設計人員使 FPGA 保持較低內核電壓并解決 I/O 電平不匹配問題,那就是采用簡單的電壓電平轉換器器件。
電平轉換器件為系統設計人員提供了一種簡單且經濟高效的設計,可解決系統的 I/O 電平不匹配問題,而不會影響性能、功耗或尺寸。集成式電平轉換設計提供多種 I/O 類型、位寬、數據速率范圍、電流驅動能力和封裝選項。德州儀器 (TI) 的電平轉換器產品系列包含許多不同類型的電平轉換功能,這些功能都可以滿足幾乎任何應用要求。TI 的電平轉換產品系列包括工業級、汽車級和增強級自動方向、方向控制和固定方向電平轉換器。
有關常用接口類型的推薦電平轉換器件列表,請參閱表 1。表 2 列出了常見的 FPGA 系列和通常推薦用于功耗設計的目標 I/O 電平,以及必須進行電平轉換的各系列器件所支持的不同接口。有關 TI 所有電平轉換設計的更多信息,請參閱電壓轉換器和電平轉換器。
| 轉換電平 | ||
|---|---|---|
| 接口 | 最高 3.6V | 最高 5.5V |
| FET 更換 | 2N7001T | SN74LXC1T45 / TXU0101 |
| 1 位 GPIO/時鐘信號 | SN74AXC1T45 | SN74LXC1T45 / TXU0101 |
| 2 位 GPIO | SN74AXC2T245 | SN74LXC2T45 / TXU0102 |
| 2 引腳 JTAG/UART | SN74AXC2T45 | SN74LXC2T45 / TXU0202 |
| I2C/MDIO/SMBus | TXS0102/LSF0102/PCA9306 | TXS0102/LSF0102/PCA9306 |
| I3C | TCA39416 | TCA39416 |
| 4 位 GPIO | SN74AXC4T245 | TXB0104 / TXU0104 |
| UART | SN74AXC4T245 | TXB0104 / TXU0204 |
| SPI | SN74AXC4T774 / TXB0104 | TXB0104 / TXU0304 |
| JTAG | SN74AXC4T774 / TXB0104 | TXB0104 / TXU0304 |
| I2S/PCM | SN74AXC4T774 / TXB0104 | TXB0104 / TXU0204 |
| 四通道 SPI | TXB0106 | TXB0106 |
| SDIO/SD/MMC | TXS0206 / TWL1200 | 不適用 |
| 8 位 GPIO/RGMII | TXV0108/TXV0106 | SN74LXC8T245 |
| 供應商 | 系列 | 典型 Vcc I/O | 常見接口 |
|---|---|---|---|
| Intel? Altera? | Arria-10-GT? | 1.2V | SPI、QSPI、I2C、RGMII、UART、GPIO、LVDS |
| Intel? Altera? | Arria-10-GX? | 1.2V | SPI、QSPI、I2C、RGMII、UART、GPIO、LVDS |
| Intel? Altera? | Arria-II? | 1.2V/1.8V | SPI、I2C、JTAG、LVDS、PECL、GPIO |
| Intel? Altera? | Arria-V-GT? | 1.2V | SPI、QSPI、I2C、UART、GPIO、JTAG、LVDS、BLVDS、LVPECL |
| Intel? Altera? | Arria-V-GX? | 1.2V | SPI、QSPI、I2C、UART、GPIO、JTAG、LVDS、BLVDS、LVPECL |
| Intel? Altera? | Cyclone II? | 1.5V | SPI、I2C、UART、GPIO、JTAG、LVDS、RGMII、LVDS、LVPECL |
| Intel? Altera? | Stratix-10-GX? | 1.8V | SPI、I2C、RGMII、JTAG、LVDS、LVPECL、GPIO |
| Intel? Altera? | Stratix? | 1.5V | SPI、I2C、RGMII、RMII、GPIO、JTAG |
| Lattice? | ECP2? | 1.2V | SPI、JTAG、LVDS、I2C |
| Lattice? | LFXP2? | 1.2V | SPI、JTAG、LVDS、I2C |
| Microsemi? | ProASIC3? | 1.5V | SPI、I2C、JTAG、LVDS、MLVDS、BLVDS |
| AMD? Xilinx? | Artix-7? | 1.8V | SPI、BLVDS、LVDS、I2C、JTAG、RGMII、UART、GPIO |
| AMD? Xilinx? | Kintex-7? | 1.2V/1.35V/1.5V | SPI、BLVDS、LVDS、I2C、JTAG、GPIO |
| AMD? Xilinx? | Kintex Ultra? | 1V/1.2V/1.35V/1.5V/1.8V | SPI、BLVDS、LVDS、I2C、JTAG、UART、GPIO |
| AMD? Xilinx? | Spartan-3A? | 1.2V | SPI、LVDS、I2C、JTAG、UART、GPIO |
| AMD? Xilinx? | Virtex-5? | 1.2V | SPI、BLVDS、LVDS、I2C、JTAG、UART、GPIO |
| AMD? Xilinx? | Virtex-6? | 1.2V/1.8V | SPI、BLVDS、LVDS、I2C、JTAG、UART、GPIO |
| AMD? Xilinx? | Virtex-Ultra? | 1V/1.2V | SPI、BLVDS、LVDS、I2C、JTAG、RGMII、UART、GPIO |
| AMD? Xilinx? | Zynq-7000? | 1.2V | SPI、I2C、UART、SDIO、RGMII、JTAG、GPIO |
| AMD? Xilinx? | Zynq-Ultra? | 1.5V | SPI、QSPI、I2C、UART、SDIO、RGMII、JTAG、GPIO |