Xilinx XC3S50AN-4TQG144C — микросхема ПЛИС семейства Spartan-3AN

Общее описание

XC3S50AN-4TQG144C — это программируемая логическая интегральная схема (FPGA) из семейства Spartan-3AN компании Xilinx (ныне AMD). Семейство Spartan-3AN представляет собой развитие Spartan-3A и отличается наличием встроенной флеш-памяти (In-System Flash, ISF) для конфигурации, что позволяет создавать однокристальные решения без внешней микросхемы ПЗУ.

Микросхема ориентирована на недорогие массовые применения: встраиваемые системы, промышленная автоматизация, потребительская электроника, автомобильные приложения, системы управления и обработки сигналов.

Технические характеристики

Логическая структура

| Параметр | Значение | |---|---| | Семейство | Spartan-3AN | | Серия | XC3S50AN | | System Gates | 50 000 | | Логические ячейки (Logic Cells) | 1 584 | | Конфигурируемых логических блоков (CLB) | 176 | | Слайсов (Slices) | 704 | | Триггеров (Flip-Flops) | 1 408 | | Распределённая RAM | 11 Кбит | | Block RAM | 54 Кбит (3 блока × 18 Кбит) |

Умножители и DSP

| Параметр | Значение | |---|---| | Аппаратных умножителей 18×18 | 3 |

Встроенная конфигурационная память

| Параметр | Значение | |---|---| | In-System Flash (ISF) | 1 Мбит | | Ресурс перезаписи | ~10 000 циклов |

Интерфейсы и I/O

| Параметр | Значение | |---|---| | Максимум пользовательских I/O | 108 | | Банков I/O | 4 | | Поддерживаемые стандарты I/O | LVCMOS, LVTTL, PCI, SSTL, HSTL, LVPECL, LVDS (только приём) | | Напряжение ядра | 1,2 В | | Напряжение I/O | 1,2 / 1,5 / 1,8 / 2,5 / 3,3 В | | DCM (Digital Clock Manager) | 1 | | Блоков Multiplier | 3 |

Тактовые характеристики и корпус

| Параметр | Значение | |---|---| | Корпус | TQG144 (TQFP-144, 20×20 мм, шаг 0,5 мм) | | Скоростной класс | -4 (Industrial) | | Рабочий диапазон температур | −40 °C … +100 °C (Industrial, C-суффикс I во многих каталогах указывается явно; для -4 обычно Industrial) | | Частота DCM | до ~300 МГц | | Типовая потребляемая мощность | очень низкая (десятки мВт при простое) |

Csоместимость по конфигурации

• Самостоятельная загрузка из встроенного ISF
• Конфигурация из внешнего SPI/BPI Flash
• Конфигурация через JTAG
• Multiboot / fallback

Парт-номера (Ordering Part Numbers)

Семейство XC3S50AN выпускается в нескольких корпусах и скоростных классах. Полный формат: XC3S50AN-[speed grade]-[package][temperature]

Варианты исполнения (по корпусу)

| Part Number | Корпус | Кол-во I/O | Temperature | |---|---|---|---| | XC3S50AN-4TQG144C | TQFP-144 | 108 | Commercial (0…+85 °C) | | XC3S50AN-4TQG144I | TQFP-144 | 108 | Industrial (−40…+100 °C) | | XC3S50AN-4TQG144Q | TQFP-144 | 108 | Automotive | | XC3S50AN-5TQG144C | TQFP-144 | 108 | Commercial | | XC3S50AN-5TQG144I | TQFP-144 | 108 | Industrial | | XC3S50AN-4TQG144CES | TQFP-144 | 108 | Engineering Sample | | XC3S50AN-4FTG256C | FTG256 (BGA-256) | 195 | Commercial | | XC3S50AN-4FTG256I | FTG256 (BGA-256) | 195 | Industrial | | XC3S50AN-4CSG144C | CSG144 (CSP-144) | 108 | Commercial |

Конфигурационное ПЗУ (Platform Flash)

• XCF01S, XCF02S, XCF04S — внешние PROM-микросхемы для конфигурации Spartan-3AN/3A/3E.

Совместимые модели

Программные среды

• Xilinx ISE Design Suite версии 14.7 и ниже (последняя официальная поддержка Spartan-3AN).
• EDK (Embedded Development Kit) — только для MicroBlaze на этой ПЛИС.
• iMPACT — для программирования и конфигурации через JTAG.
• ChipScope Pro / Analyzer — для отладки.

Микропроцессорные ядра

• MicroBlaze (Xilinx, soft-core)
• PicoBlaze (Xilinx, ограниченный soft-core)

Пико-совместимые и совместимые по семейству ПЛИС

• XC3S50A — идентична, но без встроенной ISF (внешняя конфигурация)
• XC3S200AN / XC3S400AN / XC3S700AN / XC3S1400AN — старшие модели того же семейства Spartan-3AN (pin-совместимы в общих корпусах)
• Spartan-3A / 3A DSP — та же архитектура, но без ISF
• Spartan-3E — предыдущее поколение, не Pin-to-Pin совместимо напрямую

Конфигурационные микросхемы

• XCFxxS серия Platform Flash (SPI-совместимые)
• Любой SPI Flash сторонних производителей через Master SPI режим

JTAG-программаторы

• Xilinx Platform Cable USB (DLC9/DLC10)
• Digilent XUP USB-JTAG
• Клоны на FTDI (FT2232H, рекомендованные Digilent для ISE)

Отладочные платы

• Xilinx Spartan-3AN Starter Kit (Spartan-3AN SK)
• Avnet Spartan-3AN Evaluation Kit (Xilinx/Avnet)
• Множество плат от Third-party производителей (Digilent, Opal Kelly, Kemper, Enclustra)

Ключевые преимущества

1. Однокристальное решение — не требуется внешний конфигурационный Flash.
2. Низкая стоимость и малое энергопотребление.
3. 4 банка I/O с поддержкой до 108 пользовательских сигналов и широкого спектра уровней.
4. Аппаратные умножители для ЦОС.
5. DCM для управления тактированием, умножения/деления частот и подавления джиттера.
6. Достойная замена Spartan-3 и Spartan-3E в современном (но устаревающем) дизайне.

Примечания по статусу изделия

Семейство Spartan-3AN официально находится в стадии Not Recommended for New Design (NRND 由于停产/устаревание). Xilinx (AMD) рекомендует для новых проектов использовать Spartan-6, Spartan-7, Artix-7 или Zynq-7000. Spartan-3AN имеет End-of-Life notices, и пополнение складов ограничено.

При проектировании необходимо:

• Проверять наличие на складах (Digi-Key, Mouser, Chip1Stop, AliExpress для Китая).
• Учитывать суффикс температуры (C — commercial, I — industrial) при заказе.
• Для расширенного температурного диапазона использовать только парт-номера с "I".

Сводный вывод

XC3S50AN-4TQG144C — компактная и недорогая ПЛИС начального уровня с полным внутренним конфигурационным ПЗУ, скоростной класс -4, промышленного класса, в корпусе TQFP-144. Отлично подходит для «клеевой логики» средней сложности, простых SoC на MicroBlaze, industrial-управления и студенческих/дипломных проектов. Однако не рекомендована для новых разработок и пригодна скорее для поддержки существующих изделий или для тех, кто имеет проверенный исторический опыт с ISE.