基于憶阻器的FPGA器件設計研究.pdf

1、FPGA是一種可以通過編程來實現(xiàn)各種數(shù)字電路的集成電路器件，具有靈活、低成本、低風險、時間短等優(yōu)勢。傳統(tǒng)的基于SRAM編程點技術(shù)的FPGA在掉電后數(shù)據(jù)會丟失，而基于反熔斷絲技術(shù)和FLASH編程點技術(shù)的FPGA雖然是非易失性的，但它們可編程的次數(shù)有限且制作工藝復雜，不管基于何種編程點技術(shù)的FPGA在突然斷電的情況下計算中的數(shù)據(jù)都會丟失，因此本論文利用新型存儲器憶阻器來研究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。憶阻器的帶閾值特性是一個非常重要的特性，只有當它兩端的電壓超過自身閾值電壓時阻值狀態(tài)才會發(fā)生改變，將帶閾值憶阻器應用于FPGA中，對于下一代非易失FPGA的研究應用具有重要的意義。
　　本論文首先對現(xiàn)有的多個憶阻器SPICE模型進行調(diào)研，選取符合后續(xù)設計要求的雙極性閾值行為模型在HSPICE中進行仿真驗證。利用選取的憶阻器模型，先設計了FPGA最核心的編程點電路，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原來的數(shù)據(jù)。在新型非易失編程點電路的基礎上設計了一個新型查找表電路，再設計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)上增加了一個憶阻器掉電恢復模塊，最后設計了基于非易失編程點電路的互聯(lián)矩陣電路，使用HSPICE將所設計的電路進行仿真，將仿真結(jié)果和理論結(jié)果進行比較，驗證基于憶阻器的各個新型電路的正確性。上述工作使得FPGA在斷電之后可以快速恢復原來配置的程序以及可編程