Xilinx XC3S1500-4FG676C — Описание и характеристики

Общее описание

XC3S1500-4FG676C — это FPGA (Field Programmable Gate Array) из семейства Spartan-3 компании Xilinx (ныне AMD). Данная модель является одной из крупнейших в линейке Spartan-3 и предназначена для широкого спектра задач цифровой обработки сигналов, встраиваемых систем, коммуникационного оборудования, промышленной автоматизации и телекоммуникаций.

Микросхема выпускается по 90-нм технологии, работает на напряжении ядра 1,2 В и имеет корпус типа FBGA-676 (676-выводной массив BGA, 27×27 мм, шаг 1,0 мм). Суффикс "-C" означает Commercial — коммерческий температурный диапазон (0…+85 °C), суффикс "-4" — уровень быстродействия (Speed Grade 4, самый высокий для Spartan-3).

Технические характеристики

| Параметр | Значение | |----------|----------| | Семейство | Spartan-3 | | Конфигурационные логические блоки (CLB) | 3 328 | | Слайсы (Slices) | 13 312 | | Эквивалентные логические ячейки | 1 500 000 (системных вентилей) | | Триггеры / LUT (4-вход. LUT) | 26 624 / 26 624 | | Блоки умножения 18×18 (Multiplier) | 32 (выделенные) | | Блоки распределённой (Distributed) RAM | 384 Кбит | | Блоки блочной (Block) RAM | 576 Кбит (в 32 блоках по 18 Кбит) | | Общая встроенная память | 640 Кбит max | | Digital Clock Manager (DCM) | 8 | | Линии ввода-вывода (I/O) | до 391 (зависит от корпуса/config) | | Тип корпуса | 676-контактный FBGA (Fine-Pitch Ball Grid Array) | | Размер корпуса | 27 × 27 мм, шаг выводов 1,0 мм | | Напряжение ядра (VCCINT) | 1,2 В | | Напряжение I/O (VCCO) | 1,2 В – 3,3 В (несколько банков) | | Скорость (Speed Grade) | −4 (быстрейшая) | | Температурный диапазон | Коммерческий (0…+70 °C по корпусу) | | Техпроцесс | 90 нм CMOS | | Макс. частота DCM | до ~250 МГц | | Уровни I/O | LVTTL, LVCMOS, LVDS, RSDS, LVPECL, PCI, GTL, SСT, HSTL (частично) | | Умножение 18×18 с накоплением (MAC) | Да, с опцией накопления |

Возможности и особенности

• 8 цифровых менеджеров тактовых частот (DCM) для синтеза, коррекции фаз и устранения джиттера
• Выделенные аппаратные умножители 18×18 для DSP-применений (фильтры FIR/IIR, БПФ)
• Встроенные блочные RAM (Block SelectRAM) с конфигурацией до 18 Кбит каждый модуль
• Поддержка параллельной или последовательной конфигурации (SelectMAP, JTAG, SPI Flash)
• Возможность частичной реконфигурации (Limited)
• Multi-Voltage I/O: банки питания выводов с независимыми напряжениями
• Глобальные и региональные тактовые сети (16 глобальных буферов + декодер с поддержкой duty-cycle)
• Ядро совместимо с ILA/ChipScope для внутрисхемной отладки через JTAG

Расшифровка обозначения

XC3S1500 [-4] FG676 C

• XC3S — Spartan-3
• 1500 — 1,5 млн системных вентилей
• -4 — Speed grade 4
• FG676 — корпус Fine-line BGA, 676 контактов
• C — Commercial (0…85 °C)

Парт-номера (Part Numbers)

Базовый партномер данной серии и связанные варианты, встречающиеся в документации Xilinx:

| Парт-номер | Описание | |------------|----------| | XC3S1500-4FG676C | Базовая микросхема, корпус FG676, speed −4, коммерц. | | XC3S1500-4FG676I | Промышленный вариант (Industrial, −40…+100 °C) | | XC3S1500-5FG676C | Speed Grade 5 (был доступен по запросу; официально обычный продукт — только SG4 для FG676) | | XC3S1500-4FGG676C | Вариант без содержания свинца (RoHS, Green) | | XC3S1500-4FGG676I | То же, индустриальный | | XC3S1500-4FG456C | Вариант корпуса FBGA-456 | | XC3S1500-4FG320-I | Вариант корпуса FBGA-320 (урезанный I/O) | | XC3S1500-4FT256C | Корпус FT256 (тонкий FBGA, 256 контактов) | | XC3S1500-4PQ208C | Корпус PQFP-208 (208-контактный QFP) | | XC3S1500-4TQ144C / -4VQ100C | Наименьшие корпуса семейства | | XC3S1500-4FG676CS1 / аналогичные "S" | Special/assembly-specific номера упаковочных опций Xilinx | | XC3S1500-4FG676P | Pre-production варианты (прототипы) в исторической номенклатуре |

Издевательские/заводские кодовые номера (в спецификациях Xilinx указывались как generic числа Die): XC3S1500 охватывает семью Die (X2, X3, X4 и др. revisions). Актуальные datasheet ревизии описывают die revision changes через маркировку партии.

Примечание: "-4" в Arduino/order-кодах можно спутать с Reel/Tray, обязательно проверяйте полное обозначение при заказе.

Совместимые модели и эквиваленты

Внутри семейства Spartan-3 (совместимы по архитектуре, ПО):

• XC3S50 (облегчённая)
• XC3S200
• XC3S400
• XC3S1000
• XC3S1500 (данная микросхема)
• XC3S2000
• XC3S4000
• XC3S5000 (крупнейшая)

Нижние серии и сопутствующие:

• Spartan-3E: XC3S100E, XC3S250E, XC3S500E, XC3S1200E, XC3S1600E (отличаются архитектурой, не RTL-совместимы на 100% с гейткиллером проектными файлами)
• Spartan-3A/3AN/3ADSP — другой блок умножения 25×18, имеющиеся IP-блоки DSP48A
• Spartan-6: XC6SLX ** (более позднее, не pin-to-pin совместимо)
• Spartan-II/IIE: XC2S** — не pin-to-pin совместимы с Spartan-3

Важно: Pin-to-pin (100%-ная совместимость по распиновке) внутри доступна для одной и той же микросхемы в корпусе 676-контактного FBGA в вариантах индустриального/коммерческого диапазона (-4FG676 / -4FGG676 с индексом C/I). Между разными статьями Spartan-3 с одинаковым числом деталей можно совершать то же только при замене одинакового кристалла Die Revision (сов.). Непосредственного pin-compatible аналога стороннего производителя нет.

Ключевые "компаньоны" при типовом применении:

• Flash: XCF02S, XCF04S, XDP — Platform Flash, параллельная загрузка конфигурации (Master Serial/Parallel)
• W25Q64 (SPI) — через сторонний с Adapter
• FPGA внешней конфигурации для Slave: процессор/ CPLD (XC95xx/Texas Instruments)

Поддержка и статус

• Категория: Зрелая (Mature) / NRD («Not Recommended for New Designs»)
• Рекомендуемые замены по линии Xilinx: переход на Spartan-6 (XC6SLX45/75/…) или на Artix-7 — при аналогичной логике.
• Инструмент разработки: ISE Design Suite 14.7 (последняя версия) с поддержкой Spartan-3; более новые версии (20xx, AMI нет свободного) не поддерживают Spartan-3.
• Разработка может вестись в Verilog/VHDL в ISE, синтез в XST или Synplify Pro (Microchip/Microsemi).

Дополнительные ресурсы для спецификации:

• Xilinx DS099 — Spartan-3 FPGA Family Data Sheet
• Xilinx UG331 (в старой HW линейке) и сведения у FS — за главными характеристиками пакета ресурсов
• Pin-out FG676 из непродуктивное ряда «35675 — Spartan-3 FPGA Pinout Files» (packageファイル)

Описание встречается и в оригинальном детском Xilinx Answer Record AR #… ("Spartan-3 pin-compatible step")

Если нужно — составлю таблицу распиновки, BV64x — заголовки для банков при высокой плотности или сигнальную Integrity I/O (IBIS) модель построения проекта на плате, скажите какую именно необходимо?