1. 嵌入式微控制器和微处理器
   8位单片机
   16 位单片机
   32位ARM核微处理器
   AVR 单片机
   DSP 数字信号处理
   其他专用单片机
2. 存储器
   非易失性存储器NVRAM
   同步动态存储器SDRAM
   EEPROM 存储器
   Flash 存储器
   其他
3. 系统管理器件
   监控电路（电压监控器）
   低功耗复位器
4. Interface 接口器件
   RS-232接口
   RS-485/422接口
   CAN接口
   USB 接口
   LVDS与RF接口
   其他接口
5. 数据转换器
   模数转换器
   数模转换器
   音频与触摸屏控制器
6. 电源管理器件
   标准线性电源
   低压差稳压器
   DC/DC转换器
   AC/DC转换器
   电压基准
   电池管理
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   其它
7. 时钟管理 定时器 计数器
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9. 开关器件
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11. 可编程逻辑器件
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12. 逻辑电路
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CPLD：MAX II   MAX 3000   MAX 7000   MAX 9000 FPGA：FLEX 10K   FLEX 6000   ACEX 1K   APEX 20K   Cyclone   Cyclone II   Cyclone III   Stratix   Stratix II   Stratix III   配置器件

Cyclone III FPGA: 一个空前的功耗,功能和成本的完美结合

无限可能

您的设计构思有极大的发展潜力——如果您能够以合适的价格迅速实施这些构思。

您将发现Altera的第三代低成本FPGA —— Cyclone III 器件系列非常适合对成本敏感的大批量应用,例如：

• 无线通信
• 视频和图像处理
• 显示
• 汽车
• 军事

Cyclone III FPGA前所未有地同时实现了低功耗、低成本和高性能,大大提高了您的竞争优势。

Cyclone III FPGA采用台湾半导体生产公司(TSMC)的65-nm低功耗(LP)工艺技术进行生产,以低于ASIC的价格 实现了低功耗。

Cyclone III 器件系列简介

低成本Cyclone III FPGA是Altera Cyclone系列的第三代产品。Cyclone III FPGA系列前所未有地同时实现了低功耗、低成本和高性能,进一步扩展了FPGA在成本敏感大批量领域中的应用。

采用台湾半导体生产公司(TSMC)的65-nm低功耗(LP)工艺技术,Cyclone III 器件对芯片和软件采取了更多的优化措施,在所有65-nm FPGA中是功耗最低的,在对成本和功耗敏感的大量应用中,提供丰富的特性推动宽带并行处理的发展。

Cyclone III 系列包括8个型号,容量在5K至120K逻辑单元(LE)之间,最多534个用户I/O引脚。如表1所示,Cyclone III 器件具有4-Mbit嵌入式存储器、288个嵌入式18x18乘法器、专用外部存储器接口电路、锁相环(PLL)以及高速差分I/O等。

Cyclone III 系列提供了大范围的器件和封装选项,以便支持各种各样对成本敏感和大容量的应用.

表1的注释：

• M9K 存储器模块支持每模块 9,216 比特 ( 包括校验位 )

As shown in Table 2, the Cyclone III device family is available in eight different package options with support for low cost and small form factor packages.

表 2 的注释：

1. 深色表示纵向移植
2. EQFP =增强薄型四方扁平封装
3. PQFP = 塑料四方扁平封装
4. FBGA = 精细球栅阵列 (1.0 mm 间距)
5. UBGA = 超精细球栅阵列 (0.8 mm 间距)
6. F780封装的EP3C40支持严格的纵向移植

表3的注释：

1. Cyclone III 器件可提供三种速率等级,-6 最快。
2. 对于Cyclone III 器件,Altera的方针是核fMAX 的变化在每个速率等级中是15%到20%

Cyclone III器件系列体系结构

Cyclone III系列65-nm FPGA前所未有地同时实现了低功耗、低成本和高性能。其体系结构包括高达120K的垂直排列逻辑单元(LE)、以9-Kbit (M9K)模块构成的4Mbits嵌入式存储器、嵌入式乘法器以及被I/O单元(IOE)围绕的锁相环,如图1所示。高效互联和低斜移时钟网络为时钟和数据信号结构提供连接。

图1. Cyclone III 平面布置

Cyclone III FPGAs— 为低功耗而优化

Altera的Cyclone III FPGA是功耗最低的 65-nm FPGA。 Cyclone III 系列是首次实现静态功耗低于0.5瓦,而逻辑单元(LE)数量高达120,000的FPGA。

了解Altera在实现低功耗65-nm FPGA上的投入：

• Cyclone III 的功耗
• 低功耗的优势——不仅仅是更长的电池使用时间
• Altera 是怎样在 Cyclone III FPGA 上实现低功耗的
• 精确的功耗估算和优化

Cyclone III 的功耗

图 1 所示为Cyclone III 系列FPGA在不同工作频率时的典型动态功耗。在具有代表性的工作频率点,例如20MHz,容量最大的Cyclone III 器件——120K LE EP3C120,动态功耗小于600mW。即使在工作频率高达100MHz时,EP3C120的动态功耗也小于2瓦。

如果不采取措施来降低功耗,65-nm半导体工艺的静态功耗会显著增加。亚微米工艺的静态功耗之所以增加,主要原因在于泄漏电流的增大,包括 65-nm 工艺较薄的逻辑门氧化层之间的隧道电流,以及亚阈值泄漏 (沟道至源极和漏极至源极电流) 等。Altera采取了重要措施来降低 Cyclone III 的静态功耗,在下面的“芯片和体系结构优化”一节中进行阐述。

图 2 所示为 Cyclone III 器件在 25°C 和 85°C 时的静态功耗。容量最小的Cyclone III 器件在 25°C 时静态功耗只有35mW,容量最大的Cyclone III 器件在 85°C 时静态功耗只有 170mW 。

低功耗的优势

降低可编程逻辑器件的功耗对大量的应用有明显的好处,这些应用包括：

• 便携式或者手持式电池供电的设备
• 空间受限以及其他散热困难的环境
• 价格敏感的应用,采用制冷系统成本较高。

Cyclone III 系列充分展示了 Altera 在低功耗 FPGA 上的领先优势。结合最全面的体系结构和芯片增强技术,以及最新的半导体工艺技术和为客户提供的完整的功耗管理工具, Altera 的努力得到了回报——与 90nm Cyclone II FPGA 相比,功耗降低了 50 %,在所有可比较的 FPGA 中,其功耗是最低的。

芯片和体系结构优化

Cyclone III FPGA 采用台湾半导体生产公司 (TSMC) 的 65-nm 低功耗 (LP) 工艺技术生产,其他的主要半导体生产商也在小型器件中采用了该技术。高级工艺以及体系结构优化技术降低了工艺尺寸,减小了动态和静态功耗,与 90nm Cyclone II 器件相比, Cyclone III 器件的总功耗降低了 30%。 Altera 在 Cyclone III 器件上采用的工艺和体系结构改进技术包括使用低K 绝缘、可变沟道长度和氧化层厚度,以及多晶体管阈值电压等。

精确的功耗估算和分析

从设计构思到产品实现, Altera 采用最精确和最全面的功耗管理设计工具,支持功耗估算和分析。 Altera 重视功耗分析的精确性,是唯一能够利用工具包在低成本系列中进行 85°C 和最差情况下芯片功耗估算的可编程逻辑供应商。 Altera 提供以下功耗估算和分析资源：

• Cyclone III 早期功耗估算器
• Quartus II PowerPlay 功耗分析和优化技术
• 功耗管理资源中心

设计人员可以在设计构思阶段使用 PowerPlay 早期功耗估算器 (EPE) ,在设计实现阶段使用 PowerPlay 功耗分析器。 PowerPlay EPE 是基于表单的分析工具,根据器件和封装选项、工作条件以及器件占用情况进行早期功耗分析。

PowerPlay 功耗分析器不仅仅是非常详细的功耗分析工具,它采用实际的设计布局布线和逻辑配置,以及仿真波形来精确地估算动态功耗。总体上,功耗分析器利用正确的设计信息,精度一般能达到 ±10%。 Quartus II PowerPlay 功耗模型与实际的芯片测量模型非常接近。 Altera 使用 5,000 多种不同的测试配置来测量 Cyclone 系列各个元件的功耗。每一配置重点关注测量 FPGA 在特殊配置下的某个电路组成。

Quartus II 功耗优化

详细的设计实施能够提高性能,减小尺寸,降低功耗。以前,通过布局布线设计流程,在寄存器传送级 (RTL) 自动对性能和尺寸进行平衡。 Altera 在设计流程中考虑功耗优化方面处于领先地位。 Quartus II PowerPlay 优化工具自动利用 Cyclone III 的体系结构来进一步降低功耗,与 Cyclone II 器件相比,功耗降低了20%。另外,芯片和体系结构优化技术降低了30%的功耗,与 90nm Cyclone II FPGA 相比,最终降低了50%的功耗。

Quartus II 软件许多自动功耗优化措施对设计人员而言都是透明的,提供 FPGA 体系结构详细的占用情况来帮助降低功耗,包括：

• 变换主要功能模块
• 映射用户 RAM ,降低其功耗。
• 重构逻辑以降低动态功耗
• 正确选择逻辑输入,减小高触发网络的电容。
• 降低内核逻辑的面积和连线要求,以减小布线的动态功耗。
• 修改布局以降低时钟功耗

Cyclone III最终市场应用

Cyclone III FPGA前所未有地同时实现了低功耗、低成本和高性能. Cyclone III FPGA还包括了一些特征和增强作用,IP支持以及其他设计资源以便在一些特别的应用程序领域得到优化.

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