基于CrossLink-NX FPGA的核心板电路设计

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1. 引言

Field Programmable Gate Array（简称，FPGA）于1985年由XILINX创始人之一Ross Freeman发明，第一颗FPGA芯片XC2064为XILINX所发明，FPGA一经发明，后续的发展速度之快，超出大多数人的想象，近些年的FPGA，始终引领先进的工艺。在通信等领域FPGA有着广泛的应用，通信领域需要高速的通信协议处理方式，另一方面通信协议随时都在修改，不适合做成专门的芯片，所以能够灵活改变的功能的FPGA就成了首选。 并行和可编程是FPGA最大的优势。

2. 核心板设计

今天分享的核心板采用LATTICE公司CrossLink-NX系列的LIFCL-17-7MG121C作为主控制器，特别适合MIPI总线的开发。核心板采用88个槽形孔与母板连接，其中GPIO信号54个，D-PHY信号20个，电源和地14个。这款核心板能够方便用户对核心板的二次开发利用。核心板结构尺寸为66(mm)× 54(mm)。整个开发系统的结构如图1所示，核心板布局布线图如图2所示。

图1 核心板结构图

图2核心板布局布线图

2.1主要电路设计

2.1.1 FPGA芯片选择

核心板使用的是LATTICE公司CrossLink-NX系列的FPGA芯片，芯片型号LIFCL-17-7MG121C。速度等级为7，温度等级为工业级。此型号为BGA封装，121个引脚，引脚间距为0.5mm。LIFCL-17-7MG121C FPGA的BANK分布如图3所示，FPGA参数如表1所示。

图3 LIFCL-17-7MG121C FPGA BANK分布

表1 FPGA参数表：

名称	详细参数
管脚(I/O)	121
Logic Cells	17K
Embedded Memory (EBR) Blocks (18 Kb)	24
Embedded Memory (EBR) Bits (Kb)	432
Distributed RAM Bits (Kb)	80

2.1.2 FPGA BANK接口电平选择

核心板上对外的BANK分别为BANK3/4/5，这些BANK的IO均支持1.8V/1.2V两种电平可调。如果需要更换电平，只需要更换对应位置磁珠即可实现调整，核心板BANK电平调节磁珠位置，如下表所示。

表2 BANK电平调节磁珠位号

FPGA BANK	+1.2V	+1.8V
BANK3	L17	L18
BANK4	L13	L14
BANK5	L15	L16

2.1.3 QSPI Flash

核心板配有一片128Mbit大小的Quad-SPI Flash芯片，型号为MX25L12835FM2I，它使用3.3V CMOS电压标准。由于QSPI FLASH的非易失特性，在使用中，它可以存储FPGA的配置Bin文件以及其它的用户数据文件。

2.1.4 时钟电路

MP5659核心板为了准确适配25MHz的系统晶振。晶振输出连接到FPGA BANK1 的全局时钟，这个全局时钟用来驱动FPGA 内的用户逻辑电路。该时钟源的原理图如图4所示。

图4 时钟电路

2.1.5 JTAG调试口

MP5659核心板板载了一个8PIN的单排贴片JTAG下载调试口，方便用户单独调试FPGA。核心板的JTAG接口连接示意如图5所示。

图5 JTAG调试接口电路图

2.1.5 Flash配置接口

MP5659核心板板载了一个2*7 PIN的双排贴片Flash下载口，方便用户将逻辑烧写到Flash里。核心板的Flash配置接口连接示意如图6所示。

图6 Flash配置接口电路图

2.1.5 核心板电源

核心板集成电源管理，+12V电源输入通过TI 电源芯片TPS563202 产生+1.0V、+1.2V、+1.8V、+3.3V电压，为VCC、VCCIO、晶振、FLASH等供电。+1.8V电压经过ETA5050V0S2F转换为LDO_1.0 V直流，为VCCDPHY、VCCPLLDPHY提供1.0V的电压。+3.3V 电压经过ETA5050V0S2F转换为LDO_1.8V直流，为VCCADPHY、VCCAUX提供1.8V的电压。核心板供电架构如图7所示。

图7 电源拓扑结构图

3. 总结

通过以上描述，我们能够清晰看到这个核心板所含有的接口和功能。这款核心板的槽形孔扩展出了54个IO，其中BANK3、BANK4、BANK5的全部IO的电平可以通过更换核心板上的磁珠来修改，满足用户对+1.2V、+1.8V电平接口的需求；另外核心板也扩展出了8对D-PHY接口。而且IO连接部分，同一个BANK管脚到连接器接口之间走线做了等长和差分处理，对于二次开发来说，非常适合。查看详情