基于憶阻器的FPGA器件設(shè)計(jì)研究.pdf

1、FPGA是一種可以通過編程來實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字電路的集成電路器件，具有靈活、低成本、低風(fēng)險(xiǎn)、時(shí)間短等優(yōu)勢。傳統(tǒng)的基于SRAM編程點(diǎn)技術(shù)的FPGA在掉電后數(shù)據(jù)會(huì)丟失，而基于反熔斷絲技術(shù)和FLASH編程點(diǎn)技術(shù)的FPGA雖然是非易失性的，但它們可編程的次數(shù)有限且制作工藝復(fù)雜，不管基于何種編程點(diǎn)技術(shù)的FPGA在突然斷電的情況下計(jì)算中的數(shù)據(jù)都會(huì)丟失，因此本論文利用新型存儲(chǔ)器憶阻器來研究FPGA的非易失問題。
　　憶阻器被稱為第四種基本電路元件，它

2、具有非易失性以及高速、低功耗、與CMOS工藝兼容性好等優(yōu)點(diǎn)。憶阻器的帶閾值特性是一個(gè)非常重要的特性，只有當(dāng)它兩端的電壓超過自身閾值電壓時(shí)阻值狀態(tài)才會(huì)發(fā)生改變，將帶閾值憶阻器應(yīng)用于FPGA中，對于下一代非易失FPGA的研究應(yīng)用具有重要的意義。
　　本論文首先對現(xiàn)有的多個(gè)憶阻器SPICE模型進(jìn)行調(diào)研，選取符合后續(xù)設(shè)計(jì)要求的雙極性閾值行為模型在HSPICE中進(jìn)行仿真驗(yàn)證。利用選取的憶阻器模型，先設(shè)計(jì)了FPGA最核心的編程點(diǎn)電路，它采用一

3、種同向串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，在斷電后只需一步即可恢復(fù)原來的數(shù)據(jù)。在新型非易失編程點(diǎn)電路的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一個(gè)新型查找表電路，再設(shè)計(jì)了基于憶阻器的非易失鎖存器、D觸發(fā)器和多路選擇器，它們是在原來的電路結(jié)構(gòu)上增加了一個(gè)憶阻器掉電恢復(fù)模塊，最后設(shè)計(jì)了基于非易失編程點(diǎn)電路的互聯(lián)矩陣電路，使用HSPICE將所設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真，將仿真結(jié)果和理論結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證基于憶阻器的各個(gè)新型電路的正確性。上述工作使得FPGA在斷電之后可以快速恢復(fù)原來配置的程序以及可編程