[发明专利]应用于反熔丝FPGA的新型编程器设计

说明书

技术领域

本发明涉及一种FPGA编程硬件电路设计，特别适用于反熔丝FPGA的编程器硬件设计。

背景技术

FPGA根据实现逻辑功能的不同，可以分为基于SRAM结构的FPGA、基于反熔丝结构的FPGA等。SRAM结构的FPGA结构简单，但是缺点是掉电后配置信息丢失，下一次上电后，必须要重新下载配置信息才能工作。而反熔丝FPGA掉电后，配置信息不会丢失，上电后可直接工作。另外反熔丝结构抗辐照能力强，性能安全可靠，适合军用和宇航级器件。

反熔丝是一种在两个导通层之间加一层绝缘层构成的半导体器件。在未编程状态下处于开路状态，导通层之间的电阻非常大。当在反熔丝两端加上编程电压后，反熔丝将由高阻抗变为低阻抗，实现了导通层间的连接。

对反熔丝FPGA进行编程需要反熔丝FPGA编程器。反熔丝的编程需要严格的时序以及电压要求。编程器需要在指定的反熔丝一端施加持续的高电平脉冲，同时编程器需要实时检测反熔丝的烧录情况，在反熔丝编程后要停止继续编程，以防过烧，影响到其他的反熔丝。

目前，反熔丝编程器主要依赖进口，一方面，价格昂贵；另一方面，编程过程不可控，不能对想要编程的反熔丝进行编程。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提出了一种用于反熔丝FPGA的编程器设计。

本发明所采取的技术方案包括：用于与上位机通信的FPGA芯片电路；与用于反熔丝编程的多路编程电压产生电路；与用于采集电压的多路电压采集电路；与用于实时检测反熔丝电阻的电阻检测电路。

其中与上位机通信的FPGA芯片电路通过USB接口接收上位机编程信息。FPGA将从上位机接收的编程信息保存在存储器中，然后FPGA芯片从存储器中读取编程信息，根据编程信息提供多路电压控制信号给多路编程电压产生电路。多路编程电压产生电路根据FPGA芯片提供的信号产生多路编程控制电压以对反熔丝FPGA芯片进行编程。因为FPGA芯片是并行执行，所以能够同时的产生多路编程电压。很容易的实现反熔丝FPGA编程时序。

电压检测电路可以实时检测多路控制电压，并发送给FPGA芯片，FPGA芯片在将数据发送给上位机，让上位机知道编程状态。电阻检测电路实际是一个电流检测电路，通过检测电流，并进行相关换算，即可得知电阻。在反熔丝未编程下，阻值很大，因此电流很小。当反熔丝编程后，阻值较小，因此电流较大，因此通过检测电流值即可判断反熔丝是否编程成功。

根据本发明的一个方面，所述与上位机通信的FPGA芯片电路使用USB与上位机进行通信。按照上位机的编程信息，在规定的编程时序上产生多路编程控制信号。存储器，用于存储上位机发送的编程信息，同时FPGA芯片从中读取编程信息。此存储器实现对反熔丝FPGA编程的pingpong操作，当对反熔丝进行编程的时候，同时接收编程信息，可以大大减少在编程过程中FPGA芯片电路与上位机的通信时间，提高编程效率。

根据本发明的一个方面，所述用于反熔丝编程的多路编程电压产生电路用于对反熔丝FPGA芯片进行编程。该电路给编程反熔丝提供编程电压，通过持续施加编程电压脉冲实现反熔丝的烧录。

根据本发明的一个方面，电阻检测电路采集反熔丝编程通路上的电流在一个小电阻上产生的电压，当反熔丝成功编程时，电压发生改变。电压检测电路实时检测该电压，并发送给上位机进行判断，当电压超过设定的阈值时，判定反熔丝已编程成功，停止发送烧录电压。

附图说明

图1为本发明的反熔丝FPGA编程器系统框图。

图2为本发明的FPGA芯片与上位机电路框图。

图3为本发明的多路控制电压产生和控制电路原理图。

图4为本发明的多路电压采集电路原理图。

图5为本发明的电阻检测电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述。