目前,主流FPGA中都集成了锁相环,利用锁相环对时钟进行相位锁定,可以使电路获得更稳定的性能。Xllinx公司提供的是数字锁相环,其优点是能获得更精确的相位控制,其缺点是下限工作频率较高,一般在24 MHz以上;Altera公司提供的是模拟锁相环,其优点是下限工作频率较低,一般在16 MHz以上,其主流器件StatixⅡ和StatixⅢ系列中的增强型锁相环工作频率只要求在4 MHz以上,其缺点是对时钟相位的控制精度相对较差。
在通讯领域里,用光纤传输高速数据是一个比较常用的解决方案。A1tera公司的
StatixⅡGX和StatixⅢGX系列[1],Xllinx公司的Virtex-4 FX和Virtex-5 FX系列[2]都集成了高速串行收发器,这种器件价格一般都比较高。目前,National和Maxim等公司提供的高性能专用串行收发芯片价格都不高[4,5],因此,如果只是进行光纤数据传输没计,大可不必选用这种器件;如果是光纤数据传输+逻辑或算法比较复杂的应用场合,最好是将两种方案进行比较,然后考虑是否选用该器件。
利用集成硬核微处理器的FPGA器件进行嵌入式开发,代表嵌入式应用的一个方向。Altera公司提供集成ARM[2]的APEX系列器件,Xllinx公司提供集成Power-Pc[3]的Virtex-4 FX和virtex-5 FX系列器件。随着器件价格不断下降,在很多应用场合,在不增加成本的情况下,选用该器件和传统FPGA+MCU的应用方案相比,能大幅度提高系统性能和降低硬件设计复杂程度。此时,选用该器件是比较理想的。
2.3 电气接口标准
目前,数字电路的电气接口标准非常多。在复杂数字系统中,经常会出现多种电气接口标准。目前,主流FP-GA器件支持的电气接口标准有[1,2]:1.5 V,1.5-V

等,可以满足绝大部分应用设计需求。
可是,FPGA器件的每一个I/O并不支持所有的电气接口标准,以Altera公司的FPGA为例,只有部分1/O支持SSTL-2 ClassⅡ电气接口标准,在对DDR进行设计时,会导致PCB布线相当复杂,器件的I/O管脚利用率相当低。而Xllinx公司的FPGA几乎所有的管脚都支持SSTL-2 ClassⅡ电气接口标准,此时选用Xllinx公司的FPGA是比较理想的。
2.4 器件的速度等级
关于器件速度等级的选型,一个基本的原则是:在满足应用需求的情况下,尽量选用速度等级低的器件。该选型原则有如下好处[2,3]:
(1)由于传输线效应,速度等级高的器件更容易产生信号反射,设计要在信号的完整性上花更多的精力; (2)速度等级高的器件一般用得比较少,价格经常是成倍增加,而且高速器件的供货渠道一般比较少,器件的订货周期一般都比较长,经常会延误产品的研发周期,降低产品的上市率。
2.5 器件的温度等级
某些应用场合,对器件的环境温度适应能力提出了很高的要求,此时,就应该在有工业级甚至是军品级或宇航级的器件中进行选型。据调研,Altera公司每种型号的FPGA都有工业级产品;Xllinx公司每种型号的FPGA都有工业级产品,部分型号的FPGA提供军品级和宇航级产品。如果设计主要面向军用或航天应用,最好选用Actel公司的器件,该公司的器件主要面向这些用户。
2.6 器件的封装
目前,主流器件的封装形式有[2,3]:QFP,BGA和FB-GA,BGA和FBGA封装器件的管脚密度非常高,设计中必须使用多层板,PCB布线相当复杂,设计成本比较高,器件焊接成本比较高,因此,设计中能不用尽量不用。不过,在密度非常高,集成度非常高和对PCB板体积要求比较高的应用场合,尽量选用BGA和FBGA封装器件。还有一种情况,在电路速度非常高的应用场合,最好选用BGA和FBGA封装器件,这2种封装器件由于器件管脚引线电感和分布电容比较小,有利于高速电路的设计。
2.7 器件的价格
器件集成度不断提高,性能不断上升,而价位不断下降是FPGA器件发展的普遍趋势,因此,在不断推出的新型器件中选型是一个基本规律[2,3]。以Xllinx公司刚推出的Virtex-5为例,性能比Virtex-4提高30%,而相对价位却降低35%。
3 结 语
本文是笔者多年从事FPGA器件应用开发和对FP-GA技术不断跟踪的结晶。文中不仅结合部分应用实例对FPGA器件的选型进行了深入的总结,而且提供了大量的最新器件信息。这些内容对从事FPGA应用设计的人员有很大的参考价值。