5월20일에서 2,221

XCS20-3TQ144I FPGA 가이드 : 기능, 응용 프로그램, 대안 및 데이터 시트

이 안내서는 스파르타/XL 패밀리의 FPGA 칩 유형 인 XCS20-3TQ144I에 관한 것입니다.칩이 무엇을하는지, 작동 방식 및 사용할 수있는 위치를 설명합니다.논리 용량, 입력/출력 핀, 전압 레벨 및 다른 온도를 처리하는 방법에 대해 배웁니다.또한 칩을 단계별로 프로그래밍하는 방법, 신호가 들어오고 나가는 방법, 여러 칩을 함께 설정하는 방법 및이 칩의 종류가 좋은 프로젝트를 다룹니다.이 기사는 또한 패키지 치수, 제조 배경 및 다양한 설계 요구에 적합한 대체 모델을 강조합니다.

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XCS20-3TQ144I 개요

그만큼 XCS20-3TQ144I, 적당한 논리 밀도와 유연한 I/O 기능이 필요한 애플리케이션에 대한 비용 효율적인 프로그래밍 가능한 논리를 제공하기 위해 구축되었습니다.약 20,000 개의 시스템 게이트를 제공하여 디지털 디자인 구현을위한 충분한 논리 리소스를 제공합니다.3.3V 및 2.5V 시스템의 I/O 호환성으로 3.3V로 작동하는 "-3"속도 등급을 지원하여 성능과 전력 사용 간의 균형을 표시합니다.-40 ° C ~ +100 ° C의 산업 온도에 대한 등급으로 가혹한 환경에 적합합니다.신호 처리, 로직 프로토 타이핑 및 비용에 민감한 장치의 제어 로직에 이상적인 80MHz 이상의 시스템 속도를 강력하게 지원하는 XC4000 아키텍처를 활용합니다.스파르타와 스파르탄 -XL 가족은 성능과 경제성의 균형을 맞추기 위해 Xilinx의 초기 FPGA를 대표합니다.XC4000 아키텍처를 기반으로 한 논리 기능은 대량의 비용에 민감한 응용 프로그램에 이상적입니다.

프로젝트 가이 신뢰할 수있는 스파르타 장치에 의존하는 경우 오늘날 XCS20-3TQ144I의 대량 주문을 보장하여 주식이 지속되는 동안 가용성을 보장하십시오.

XCS20-3TQ144I CAD 모델

XCS20-3TQ144I 기호

XCS20-3TQ144I 발자국

XCS20-3TQ144I 3D 모델

XCS20-3TQ144I 기능

논리 용량: XCS20-3TQ144I는 약 20,000 개의 시스템 게이트를 제공하여 복잡한 디지털 로직 회로를 구현할 수있는 적절한 공간을 제공합니다.이 용량은 고밀도 FPGA 리소스가 필요하지 않고 상태 머신, 인터페이스 컨트롤러 및 중간 정도의 신호 처리 작업과 같은 미드 레인지 로직 애플리케이션에 적합합니다.

I/O 핀: 최대 113 개의 입력/출력 핀을 지원하면이 장치를 사용하면 외부 구성 요소와 유연하게 통신 할 수 있습니다.이 I/O 라인은 다양한 표준에 대해 구성 할 수 있으며 센서, 메모리 모듈, 통신 버스 및 기타 시스템 주변 장치와 쉽게 FPGA를 인터페이스 할 수 있습니다.

작동 전압:이 장치는 3.3V 코어 공급 장치에서 작동하며 3.3V 및 2.5V I/O 표준과 호환됩니다.이 전압 유연성은 혼합 전압 시스템과 쉽게 통합 할 수 있도록하고 설계에서 추가 레벨 이동 구성 요소의 필요성을 최소화합니다.

속도 등급: "-3"속도 등급은 장치의 내부 타이밍 및 전파 지연 특성을 식별합니다.이 분류는 특히 신뢰할 수있는 타이밍 성능이 필요한 동기 설계 또는 응용 프로그램의 최대 작동 주파수 및 타이밍 제약 조건을 추정하는 데 도움이됩니다.

온도 범위: -40 ° C ~ +100 ° C의 산업용 온도 범위에 대해 XCS20-3TQ144I는 까다로운 환경에서 신뢰할 수있는 작동을 위해 구축되었습니다.광범위한 열 공차가 필요한 산업 자동화, 실외 시스템 및 자동차 전자 제품과 같은 견고한 응용 프로그램에 사용하기에 적합합니다.

구성 :이 FPGA는 시스템 내 프로그래밍을 지원하므로 칩이 PCB에 장착 된 후에도 설계를 업데이트하고 수정할 수 있습니다.이 기능은 유연성을 향상시키고 개발주기를 단축시키기 때문에 프로토 타이핑 및 필드 업그레이드 중에 유용합니다.

규정 준수: XCS20-3TQ144I는 ROHS를 준수하지 않으므로 납 또는 기타 제한된 물질을 포함 할 수 있습니다.많은 산업 및 레거시 시스템에 적합하지만,이 제한은 현재 환경 및 안전 표준에 의해 구속 된 신제품에 사용하기위한 자격에 영향을 줄 수 있습니다.

단순화 된 스파르타/XL IOB 블록 다이어그램

이 다이어그램은 XCS20-3TQ144I와 같은 스파르타/XL FPGA의 I/O 블록 (IOB)이 칩에 들어오고 나가는 신호를 처리하는 방법을 보여줍니다.구성 가능한 로직을 사용하여 입력 및 출력 기능을 모두 관리합니다.출력의 경우 신호는 멀티플렉서를 통과하고 발송되기 전에 플립 플롭에 저장 될 수 있습니다.출력 경로에는 3 상태 버퍼 (T), 옵션 클럭킹 (OK) 및 슬로우 속도 및 전압 레벨 (TTL/CMOS)과 같은 프로그래밍 가능한 기능이 포함됩니다.출력 드라이버는 최종 신호를 칩의 외부 핀 (패키지 패드)으로 보냅니다.입력의 경우 외부 핀의 신호가 먼저 버퍼링되어 필요한 경우 지연을 겪을 수 있습니다.그런 다음 다른 플립 플롭을 통과하여 시계 신호로 걸릴 수 있습니다.입력 경로에는 플로팅 값을 방지하기위한 프로그래밍 가능한 풀업 또는 풀다운이 포함됩니다.전반적으로 IOB를 사용하면 유연한 타이밍, 전압 레벨 및 논리 동작으로 신호가 FPGA에 들어가고 종료하는 방법을 제어하여 XCS20-3TQ144I가 다양한 회로 설계에 적응할 수 있도록 도와줍니다.

Spartan/XL Express 모드 회로 다이어그램

이 다이어그램은 XCS20-3TQ144I와 같은 Spartan-XL FPGA가 8 비트 데이터 버스와 함께 Express 모드를 사용하여 프로그래밍되는 방법을 보여줍니다.첫 번째 칩은 핀 D0 – D7을 통해 시스템에서 데이터를 얻습니다.3.3kΩ 저항은 설정 중에 문제가없는 한 Init Line을 높이 끌어 당깁니다.주요 제어 신호 (프로그램, init, done 및 CCLK)는 모든 FPGA에서 공유됩니다.프로그램이 낮아지면 모든 칩이 구성 할 준비가됩니다.데이터는 첫 번째 칩의 DOUT에서 다음 칩의 D0-D7로 흐르면서 여러 장치의 데이지 체인을 허용합니다.CCLK 클록 신호는 모든 것을 동기화합니다.이 설정은 여러 FPGA를 빠르고 올바른 순서로 함께 프로그래밍해야 할 때 유용합니다.

XCS20-3TQ144I 사양

유형	매개 변수
제조업체	amd/xilinx
시리즈	Spartan®
포장	쟁반
부품 상태	쓸모없는
실험실/CLBS 수	400
논리 요소/세포 수	950
총 RAM 비트	12800
I/O의 수	113
게이트 수	20000
전압 - 공급	4.5V ~ 5.5V
장착 유형	표면 마운트
작동 온도	-40 ° C ~ 100 ° C (TJ)
패키지 / 케이스	144-LQFP
공급 업체 장치 패키지	144-TQFP (20x20)
기본 제품 번호	XCS20

XCS20-3TQ144I 응용 프로그램

디지털 신호 처리 (DSP)

XCS20-3TQ144I는 데이터 계산을 처리 할 수 ​​있으므로 필터링, 오디오 향상 및 비디오 스트림 처리와 같은 DSP 작업에 적합합니다.FPGA 패브릭을 사용하면 산술이 많은 워크로드를 효율적으로 처리하는 맞춤형 로직 파이프 라인을 생성 할 수 있으며, 이는 사운드 변조, 노이즈 감소 및 에코 취소 시스템에서 일반적입니다.하드웨어에서 직접 처리 블록을 조정하여 기존 마이크로 컨트롤러 또는 일반 목적 프로세서를 사용하는 것보다 대기 시간과 성능이 향상 될 수 있습니다.

통신 시스템

통신 플랫폼 에서이 FPGA는 데이터 전송, 변조 및 오류 감지/수정에 사용되는 다양한 프로토콜의 구현을 지원합니다.이더넷과 같은 유선 시스템 또는 무선 전송 모듈에서 XCS20-3TQ144I는 타이밍 크리티컬 및 프로토콜에 민감한 기능을위한 안정적인 논리 인프라를 제공합니다.구성 가능한 I/O 핀 및 결정 론적 로직 응답은 사용자 정의 통신 하드웨어에서 핸드 셰이크, 프레이밍, 패킷 라우팅 및 제어 신호 디코딩을 처리하는 데 이상적입니다.

제어 시스템 및 산업 자동화

공장 자동화, 로봇 또는 모터 제어 응용 프로그램에서 XCS20-3TQ144I는 센서 입력 및 액추에이터 출력 관리를위한 강력한 타이밍 및 처리 기능을 제공합니다.CNC 머신, 컨베이어 및 PLC 시스템에서 동기화 된 이동 및 빠른 피드백 응답을 보장하는 정확한 제어 루프를 설계 할 수 있습니다.이 장치의 산업 온도 범위는 가혹한 운영 환경에서 내구성과 성능을 더욱 보장합니다.

데이터 수집 시스템

FPGA의 병렬 처리 기능을 사용하면 아날로그-디지털 변환기 (ADC), 센서 또는 기타 측정 장치에서 대량의 데이터를 수집하고 처리하는 데 효율적입니다.이는 기록 또는 전송되기 전에 현장에서 데이터를 처리하고 분석 해야하는 과학 기기 및 환경 모니터링에서 가치가 있습니다.로직을 사용자 정의하는 기능을 사용하면 센서 스트림의 필터링, 압축 및 서식을 허용합니다.

이미지 및 비디오 처리

감시, 의료 영상 및 기계 비전과 같은 이미지 중심 응용 프로그램에서 XCS20-3TQ144i는 시각적 데이터를 처리 할 수 ​​있습니다.하드웨어에서 직접 가장자리 감지, 객체 추적 또는 픽셀 조작 기능을 지원합니다.이로 인해 일반적인 목적 CPU가 고 프레임 속도 작업에서 직면하는 처리 병목 현상을 제거하고 자동 검사 시스템과 같은 빠른 반응 시간이 필요한 응용 분야에서 더 나은 성능을 제공합니다.

네트워킹 장비

라우터, 스위치 및 네트워크 인터페이스 컨트롤러에 사용되는 FPGA는 패킷 스위칭, 프로토콜 변환 및 버퍼 관리를 관리 할 수 ​​있습니다.FPGA에 대한 헤더 검사 또는 체크섬 검증과 같은 특정 기능을 오프로드하여 낮은 대기 시간 및 더 높은 처리량을위한 시스템을 최적화 할 수 있습니다.광범위한 I/O 호환성 및 프로그래밍 가능한 논리를 통해 다양한 커뮤니케이션 표준을 쉽게 연결할 수 있습니다.

자동차 전자 제품

이 장치는 인포테인먼트, 대시 보드 계측 및 고급 드라이버 보조 시스템 (ADA)과 같은 차량 시스템에 적합합니다.산업 온도를 견딜 수있는 능력은 차량 환경에서 안정성을 보장합니다.카메라 입력에 대한 신호 처리, 여러 차량 서브 시스템의 데이터 통합 ​​또는 차량 내 통신 버스 제어와 같은 작업은 모두이 FPGA 내에서 사용자 정의 할 수 있습니다.

항공 우주 및 방어

신뢰성과 결정 론적 행동이 중요한 방어 및 항공 전자학에서 XCS20-3TQ144I는 레이더 신호 처리, 암호화 된 통신 및 원격 측정 처리에 사용됩니다.비 휘발성 구성 및 방사선 허용 오차 (어느 정도는 더 간단한 아키텍처로 인해) 비행 시스템 및 미션 크리티컬 작업에 적합합니다.

테스트 및 측정 장비

오실로스코프, 논리 분석기 및 신호 생성기는이 FPGA의 성능 및 재구성 가능한 특성의 이점을 얻습니다.트리거링, 파형 생성 또는 신호 분석과 같은 기능을 논리를 재 프로그래밍하고 다양성을 향상시키고 제품 수명을 확장하여 생산 후 조정할 수있는 유연한 테스트 플랫폼을 구축 할 수 있습니다.

XCS20-3TQ144I 유사한 부분

• XCS20-4TQ144C

XCS20-4TQ144C는 XCS20-3TQ144I에 대한 핀 호환 대안으로, 동일한 144 핀 TQFP 패키지에 수용되어 동일한 113 I/O 핀 및 20,000 개의 시스템 게이트를 제공합니다.주요 차이점은 속도 등급에 있으며 "-4"지정은 "-3"버전에 비해 성능이 약간 낮다는 것을 나타냅니다.상업용 온도 범위 (0 ° C ~ +85 ° C)에서 작동하여 산업 등급 환경 공차가 필요하지 않은 응용 분야를 대체합니다.최대 성능보다 패키지 호환성을 우선시하는 레거시 설계의 경우이 장치는 원활한 드롭 인 교체를 제공합니다.

• XCS20-4PQ208C

이 변형은 더 큰 208 핀 PQFP 패키지로 제공되며 XCS20-3TQ144I의 113 개보다 160 I/O 핀을 지원합니다.동일한 논리 용량 및 속도 등급 (-4)을 유지하여 동일한 처리 기능을 제공합니다.확장 된 I/O 카운트는 복잡한 인터페이스 제어 또는 데이터 입력의 병렬 처리와 같은 더 많은 외부 연결을 요구하는 설계에 이상적입니다.핵심 논리 구현을 변경하지 않고 I/O를 확장해야 할 때 적합한 대안입니다.

• XCS20-4VQ100C

XCS20-4VQ100C는 77 I/O 핀이 장착 된 100 핀 VQFP 패키지의 소형 옵션으로 동일한 20,000 개의 시스템 게이트와 -4 속도 등급을 유지합니다.핀이 적지 만, 더 작은 발자국은 보드 부동산이 제한되는 우주 제약 디자인에 이상적입니다.이는 특히 임베디드 시스템 또는 휴대용 응용 프로그램에서 핵심 FPGA 기능을 보존하면서 하드웨어를 소형화하려는 사람들에게 최선의 대안이됩니다.

XCS20-3TQ144I 프로그래밍 단계

1. 디자인 입력

프로그래밍은 VHDL 또는 Verilog와 같은 하드웨어 설명 언어 (HDL)를 사용하여 디지털 회로 설계를 만들어 시작합니다.이 단계는 Xilinx ISE Webpack Software Suite 내에서 수행되며 FPGA 코드를 작성하고 관리하기위한 통합 개발 환경을 제공합니다.이 단계에서는 응용 프로그램의 요구 사항에 따라 논리 기능, 레지스터, 상태 기계 및 인터페이스의 동작을 정의합니다.

2. 합성 및 구현

HDL 코드가 작성되면 합성되어야합니다.이 프로세스는 XCS20-3TQ144I의 내부 로직 블록과 일치하는 GATE 레벨 넷리스트로 높은 수준의 코드를 변환합니다.합성 후, 구현 단계는 넷리스트를 FPGA의 물리적 자원에 매핑합니다.로직 요소를 할당하고, 경로 상호 연결을하고, 타이밍 제약 조건을 충족하도록합니다.여기에서 선택한 설정에 따라 ISE가 지역, 속도 또는 전력에 대한 디자인을 최적화합니다.

3. 비트 스트림 생성

구현 후 디자인은 비트 스트림 (.BIT)으로 알려진 구성 파일로 변환됩니다.이 파일에는 로직 블록의 레이아웃, 라우팅 및 구성 비트를 포함하여 FPGA를 프로그래밍하는 데 필요한 모든 정보가 포함되어 있습니다.비트 스트림은 소프트웨어 설계와 하드웨어 구성 사이의 브리지 역할을하기 때문에이 단계는 중요합니다.

4. FPGA 프로그래밍

비트 스트림을 FPGA에로드하려면 ISE에 포함 된 Impact 소프트웨어 도구를 사용합니다.Xilinx 플랫폼 케이블 USB와 같은 호환 가능한 JTAG 프로그래머를 통해 XCS20-3TQ144I를 컴퓨터에 연결하여 시작하십시오.발사 영향은 경계 스캔을 사용하여 FPGA 장치를 감지합니다.그런 다음 생성 된 .BIT 파일을 감지 된 장치에 할당하고 프로그래밍 프로세스를 시작하십시오.이 도구는 비트 스트림을 장치로 전송하여 내부 로직을 구성합니다.

5. 확인

프로그래밍이 완료되면 FPGA가 의도 한대로 작동하는지 확인하십시오.이는 개발 보드 또는 테스트 벤치에서의 기능 테스트 또는 파형 출력을 사용하여 ISE 내에서 시뮬레이션을 실행하여 수행 할 수 있습니다.출력이 기대치를 충족하지 않으면 설계 입력 또는 합성 단계로 돌아가서 논리 문제를 해결하고 수정하십시오.

XCS20-3TQ144I 포장 치수

• 패키지 유형: 144-tqfp (얇은 쿼드 플랫 패키지)

• 신체 크기: 20 mm × 20 mm

• 정점 (납 간격) : 0.5 mm

• 장착 유형: 표면 마운트

• 패키지/케이스: 144-lqfp (저 프로파일 쿼드 플랫 패키지)

XCS20-3TQ144I 제조업체

XCS20-3TQ144I는 원래 제조되었습니다 xilinx, FPGA 기술을 개척하는 것으로 알려진 프로그래밍 가능한 논리 장치 분야의 주요 회사.Xilinx의 인수에 이어 고급 마이크로 장치 (AMD ) 2020 년에 XCS20-3TQ144I를 포함한 모든 Xilinx FPGA 제품은 현재 AMD 브랜드에 따라 판매되고 지원됩니다.AMD는 강력한 디자인 지원, 장기 수명주기 관리 및 광범위한 적응 형 컴퓨팅 솔루션 포트폴리오 내 통합을 제공함으로써 Xilinx의 혁신 유산을 계속 유지하고 있습니다.공식 제조업체로서 AMD는 레거시 및 현재 FPGA 제품군을 사용하는 데 필요한 문서, 소프트웨어 도구 및 리소스에 대한 액세스를 보장합니다.

결론

XCS20-3TQ144I는 많은 전자 프로젝트, 특히 중간 수준의 논리와 강력한 I/O 제어가 필요한 프로젝트에서 잘 작동하는 신뢰할 수 있고 유연한 칩입니다.힘든 환경을 처리하고 시스템 내 프로그래밍을 지원하며 신호 처리, 산업 기계, 통신 시스템 등과 같은 것들에 적합합니다.설계 요구에 따라 핀이 더 많거나 적은 칩의 유사한 버전을 선택할 수도 있습니다.프로그래밍 Xilinx 도구를 사용하여 간단합니다.비록 오래된 FPGA 가족의 제품이지만 오늘날에도 여전히 유용하며 현재 모든 Xilinx 칩을 관리하는 회사 인 AMD의 지원을 받고 있습니다.

데이터 시트 PDF

XCS20-3TQ144I 데이터 시트 :

Xilinx Reach211 cert.pdf

Spartan, Virtex FPGA/SCD 18/Oct/2010.PDF