AR# 19146

Spartan-3/-3E - Spartan-3/-3E I/O は 5V トレラントか/それより高い電圧で駆動可能か

説明

Spartan-3/-3E I/O は 5V トレラントですか。Spartan-3/-3E I/O を I/O 規格の VIH より高い電圧で駆動することはできますか。

ソリューション

Spartan-3/-3E I/O には、VCCO (専用ピンの VCCAUX) および GND に接続されているクランプ ダイオードのペアがあります。これは次のデータシートに記述されています。


Spartan-3 :

http://japan.xilinx.com/support/documentation/data_sheets/ds099.pdf


Spartan-3E :

http://japan.xilinx.com/support/documentation/data_sheets/ds099.pdf


「Spartan-3/-3E Functional Description (モジュール 2)」を選択します。 IOB の概要のセクションに、IOB のクランプ ダイオード (ESD 保護ダイオード) の図があります。

入力電圧が VCCO +0.5V よりも高いと、上位クランプ ダイオードがオンになり、関連電源供給に逆電流を流します (非専用 I/O の場合は VCCO、専用 I/O の場合は VCCAUX)。この逆電流が I/O に損傷を与える可能性があるため、Spartan-3/-3E の I/O は 5V トレラントではありません。

外部の電流制御直列抵抗を使用して上位クランプ ダイオードへの電流を 10mA に制限して、Spartan-3/-3E の I/O を 5V トレラントにすることができます。これで入力を 5V トレラントにすることはできますが、出力としてコンフィギュレーションされている I/O は 5V を駆動することはできません。このため VOH は、5V デバイスの入力仕様を満たすことができません。

外部電流制御抵抗 (Rser) の値を計算する方法は次のとおりです。

- クランプ ダイオードの順方向バイアス電圧を 0.5V (Vd) とします。しかし、クランプ ダイオードの最大電圧降下は次のように定められます。

Vd = Vinx - Vccomax

Vinx = 4.05V で、これは酸化ストレスを避けるための最大電圧です。

- GND および VCCO の制限値を超えた、またはそれを下回る値に I/O ピンを駆動できる制限値は 10mA です。

- 入力パッド上の最大入力電圧は VCCO +0.5V にすることができます。Vinmax - 『Spartan-3/-3E FPGA データシート : DC 特性およびスイッチ特性』にある絶対最大定格値です。


Spartan-3 :

http://japan.support.xilinx.com/xlnx/xweb/xil_publications_display.jsp?sGlobalNavPick=&sSecondaryNavPick=&category=-1209725&iLanguageID=2


For Spartan-3E:

http://japan.support.xilinx.com/xlnx/xweb/xil_publications_display.jsp?sGlobalNavPick=&sSecondaryNavPick=&category=-1211389&iLanguageID=2


デバイス X から Spartan-3/-3E の LVCMOS33 入力に 5V を駆動する必要があるとすると、次のようになります。

- LVCMOS33 の VCCO 最小/最大値 は 3.0/3.45V です。

- 5V デバイス (Vsrc) の出力電圧は 5V +/-10% です。

- 酸化ストレスを防ぐことができるダイオードの最大電圧降下は Vd = 4.05V - 3.45V = 0.6V です。

- Id (Vd = 0.6V の場合のダイオードを流れる電流) は 5.51mA です。この値は IBIS モデルにあります。この値は最大電力定格 I(max) で計測されています。

[POWER_clamp]

voltage...I(typ)..........I(min)............I(max)



-1.50.....1.46A...........1.59A...........1.41A

-1.40.....1.21A...........1.33A...........1.16A

-1.30.....0.96A...........1.08A...........0.91A

-1.20.....0.71A...........0.84A...........0.66A

-1.10.....0.47A...........0.60A...........0.42A

-1.00.....0.25A...........0.38A...........0.21A

-0.90.....78.20mA.....0.18A...........53.88mA

-0.80.....14.96mA.....44.93mA.....18.61mA

-0.70.....6.69mA.......8.78mA........10.98mA

-0.60.....2.80mA........2.96mA.......5.51mA

-0.50.....0.68mA........0.83mA.......1.82mA

-0.40.....81.60uA.......0.14mA.......0.29mA

-0.30.....5.30uA.........14.10uA......20.82uA

-0.20.....0.24uA.........1.09uA........0.86uA

-0.10.....13.24nA.......91.41nA......72.27nA

0.00.....5.70nA..........29.91nA......46.43nA

5V ソースと FPGA パッド間の最大電圧差は Vsrc - (Vccomax + Vd) = 5.5 - (3.45 + 0.6) = 1.45V です。

電流を 5.51mA に制限するには (ダイオードで 0.6V の降下を維持するには)、1.45/5.51mA = 263 オーム (または標準 5% 抵抗の 300 オーム) の直列抵抗が必要です。

メモ :

1. 同時スイッチ出力 (SSO) ガイドラインに従います。『Spartan-3 FPGA データシート : DC 特性およびスイッチ特性』を参照してください。

http://japan.support.xilinx.com/xlnx/xweb/xil_publications_display.jsp?sGlobalNavPick=&sSecondaryNavPick=&category=-1209725&iLanguageID=2


「Spartan-3 DC 特性およびスイッチ特性 (モジュール 3)」の「同時スイッチ出力 (SSO) ガイドライン」を参照してください。このセクションに、電力/グランド ピンのペアごとの同時スイッチ出力の最大数がリストされています。

2. 最小 VCCO はワースト ケースの計算です。

3. 安定し、クリーンな、正しくバイアスされている VCCO を常に維持します。

4. 良好なシグナル インテグリティを得るには抵抗をドライバの近くに配置します。

5. 結果を検証するため IBIS シミュレーションを実行します。

6. クランプ ダイオードは常に存在し (プログラムされた状態、プログラムされていない状態、コンフィギュレーション中)、Spartan-3 がプログラムされておらず、ピンを駆動している 5V 信号がある場合でも外部クランプ ダイオードを追加する必要はありません。電源供給されていない I/O (ホットスワッピング) を駆動する詳細については、(ザイリンクス アンサー 19777) を参照してください。

7. Spartan-3 ジェネレーションにおける高電圧スイッチの詳細は、XAPP459 を参照してください。

http://japan.xilinx.com/support/documentation/application_notes/xapp459.pdf

8. Spartan-3 3.3V コンフィギュレーションの詳細は、XAPP453 を参照してください。

http://japan.xilinx.com/support/documentation/application_notes/xapp453.pdf

9. その他は、『Spartan-3 ジェネレーション FPGA ユーザー ガイド』 (UG331) を参照してください。

http://japan.xilinx.com/support/documentation/user_guides/ug331.pdf

および、『Spartan-3 ジェネレーション コンフィギュレーション ユーザー ガイド』 (UG332) を参照してください。

http://japan.xilinx.com/support/documentation/user_guides/ug332.pdf
AR# 19146
日付 12/15/2012
ステータス アクティブ
種類 一般
デバイス