自制Spartan3开发板取得成功

只看该作者 · 2012-10-25 17:33

为了更好地学习Xilinx FPGA的开发与应用，并提高动手能力，花了一个多月做了一块Spartan3的FPGA开发板，并最终调试成功。欣喜之余把自己的一些经验拿出来分享。
首先是选择合适的FPGA芯片，这里选择了Spartan3系列中的XC3S400-TQC144G封装的FPGA。之所以选择这款FPGA，是因为它的规模、性价比都比较高，足以满足日常的普通的开发应用，并且QFP144的封装可以手工焊接，而再大规模的FPGA都没法手工焊接了。
其次是阅读该芯片的器件手册，详细了解了其管脚分布、电平、典型的配置电路等，这里主要参考了Spartan-3 FPGA Family的datasheet，即赛灵思网站上的ds099.pdf。
在详细了解芯片特性之后，接下来主要进行外围电路的选型、设计，包括电平转换电路、FPGA配置电路等等，并配置了外围的接插件。这里我所选择的芯片主要有以下几种：
 FPGA选择Xilinx公司的XC3S400-TQC144G；
 PROM 选择Xilinx公司的XCF02SV0G20C；
 5V转3.3V选择NS公司的LM1086CS-3.3;
 5V转2.5V选择ST公司的LF25CDT;
 5V转1.2V选择Fairchild公司的FAN1112；
 RS232芯片选择Maxim公司的MAX3232ECAE；（因为EDK需要用到）
 晶振选择50MHz、3.3V、5*7的有源晶振；

只看该作者 · 2012-10-25 17:34

同时还配有外部的钽电容、0805的贴片电容、0805的贴片电阻、接插件、按键、发光二极管、RS232接口、电源插孔、LCD接口、拨码开关等等，未用的管脚引到插针上以方便将来的扩展使用。
然后是原理图设计，主要参考了Xilinx的Spartan3 starter kit的原理图，并根据自己的需要进行了相应的增减。使用Protel DXP 2004软件完成了原理图的绘制。
接下来是PCB的设计，使用Protel DXP 2004软件完成了印刷电路板的设计与布线。为了提高抗干扰性能，方便布线，使用了4层布线，即加入了内置的电源层与地层。
PCB完成之后，检查、确认、发给厂家制作，大概12天之后PCB回来了，然后是焊接。因为贴片焊接不够熟练，多次出现虚焊的问题，以至于不能正常连接FPGA并下载程序；先后发现晶振、LM1086CS-3.3都给虚焊了；LM1086CS-3.3的问题主要在于，一上电输出就变成0.8V了，晶振则表现为示波器探测不到时钟信号的输出。经过反复修改、检查，终于消除了这些问题。最后终于在Xilinx iMPACT 11通过了初始化，那个激动啊！
最后是下载程序、烧写PROM，并跑了几个测试程序，都没有问题。
附上Protel生产的PCB3D视图如下：

刚刚拍了照片，把照片附上如下（因为不能超过1M附件，所以使用画图截屏减小了尺寸）