UPGRADE YOUR BROWSER

We have detected your current browser version is not the latest one. Xilinx.com uses the latest web technologies to bring you the best online experience possible. Please upgrade to a Xilinx.com supported browser:Chrome, Firefox, Internet Explorer 11, Safari. Thank you!

AR# 20492

Spartan-3/-3E - 2.5V の電圧を供給する場合、3.3V トレラントにする方法

説明

キーワード : resistor, Rser, series, calculate, レジスタ, 直列, 計算, 算出

VCCAUX を電源とする専用コンフィギュレーション ピンなどの I/O に 2.5V の電圧を供給する場合、この I/O を 3.3V トレラントにするにはどうすればいいですか。

ソリューション

Spartan-3/-3E の I/O には、データシートに示すように、VCCO (専用ピンの場合は VCCAUX) および GND に接続されたクランプ ダイオードのペアがあります。

Spartan-3 のデータシートは次のサイトから参照できます。
http://japan.xilinx.com/support/documentation/spartan-3.htm

Spartan-3E のデータシートは次のサイトから参照できます。
http://japan.xilinx.com/support/documentation/spartan-3e.htm

「機能の説明 (モジュール 2)」を参照してください「IOB の概要」 セクションでは、IOB のクランプ ダイオード (ESD 保護ダイオード) を図説しています。

入力電圧が VCC + 0.5V よりも大きい場合、上部のクランプ ダイオードがオンになり、逆電流が関連する電源 (専用でない I/O の場合は VCCO、専用 I/O および差動入力の場合は VCCAUX) に流れ込みます。この逆電流により I/O が破損してしまうため、入力バッファが 2.5V ソースから電力供給されている場合、Spartan-3/-3E の I/O は 3V トレラントではありません。この現象は、CCLK および JTAG ピンのような専用コンフィギュレーションが 3.3V 信号で駆動されている、3.3V コンフィギュレーション インターフェイスでの場合です。

Spartan-3/-3E の I/O は、外部の直列電流制限抵抗を使用して、上部クランプ ダイオードに流れる電流を 10mA に制限することで、3.3V に対応させることができます。これにより、入力の 3V トレラントは実現できますが、出力として設定された I/O は 3.3V で駆動できなくなり、VOH は 3.3V デバイスの仕様を満たすことができません。ほとんどの場合、VOH は入力仕様を満たしますが、ノイズ マージンは低減します。

外部電流制限抵抗 (Rser) の計算方法の例は、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は、0.5V (Vd) です。クランプ ダイオードの最大電圧降下は、次の式で算出されます。
Vd = Vinx - Vccmax
この場合、Vinx = 4.05V です。これは、酸化膜ストレスを回避するための最大電圧です。

- I/O ピンを GND および VCC の制限値以上または以下で駆動できる制限値は 10mA です。
- 入力パッドの最大入力電圧 (Vinmax) は、VCC + 0.5V です。Vinmax は、データシートに記載された絶対最大定格です。
「Spartan-3 FPGA DC とスイッチング特性」は、次のサイトのデータシートから参照できます。
http://japan.xilinx.com/support/documentation/spartan-3.htm

「Spartan-3E FPGA DC とスイッチング特性」は、次のサイトのデータシートから参照できます。
http://japan.xilinx.com/support/documentation/spartan-3e.htm

デバイス X から VCCAUX を電源とする専用コンフィギュレーション ピンなどの LVCMOS25 入力バッファを 3.3V で駆動すると仮定した場合、Spartan-3/-3E で次が適用されます。
- VCCAUX を電源とする入力バッファの最小/最大 VCC 値は、それぞれ 2.375/2.625V です。
- 3.3V デバイス (Vsrc) の出力電圧は、3.3V +/-10% です。
- 酸化膜ストレスを防ぐダイオードの最大電圧降下は、Vd = Vinx(4.05V) - Vccmax(2.625V) = 1.42V です。
- Id (Vd = 1.42V のとき、ダイオードを介する電流) は、1.26A です。この値は、IBIS モデルで得られる値であり、電圧のレートが最大 I (max) のときに得られます。ダイオードの電流は 10mA またはそれ以下に制限される必要があるため、この最低値でも高過ぎになります。入力電流を 10mA に制限するため、Vd = 0.71V が可能です。

[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

3.3V ソースと FPGA パッド間の最大電圧差は、Vsrcmax - (Vd + Vccmin) = 3.6 - 0.71 - 2.375) = 0.515V です。

電流を 10mA に制限 (また、ダイオードの電圧降下を 0.71V に維持) するには、0.515V/10mA = 52 オームの直列抵抗 (Rser)、(または、標準 5% 抵抗の 56 オーム)が必要です。

Spartan-3/-3E 入力を 5V トレラントにするには、(Xilinx Answer 19146) を参照してください。

Spartan-3 の 3.3V コンフィギュレーションに関する詳細 (XAPP453)
http://japan.xilinx.com/support/documentation/application_notes/j_xapp453.pdf

Spartan-3 ジェネレーション FPGA ユーザー ガイド (UG331)
http://japan.xilinx.com/support/documentation/user_guides/j_ug331.pdf

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)
http://japan.xilinx.com/support/documentation/user_guides/j_ug332.pdf.


メモ :
1.同時スイッチ出力 (SSO) ガイドラインに従ってください。
次のサイトから Spartan-3 データシートの「DC and Switching Characteristics」 (DC 特性およびスイッチ特性) を参照してください。http://www.xilinx.com/support/documentation/data_sheets/ds099.pdf
「Simultaneous Switching Output (SSO) Guidelines」 (同時スイッチ出力のガイドライン」を参照してください。このセクションには、出力電源とグランド ピンのペアに対して同時に切り替え可能な出力の最大数が表で示されています。
2. 最小 VCCO 値は、ワースト ケースのものです。
3. VCCO を常に安定した、適正にバイパスされたものに維持してください。
4. シグナル インテグリティを向上するため、抵抗をドライバの近くに配置してください。
5. IBIS シミュレーションを実行し、結果を検証してください。
6. プログラムされた状態、プログラムが解除された状態、コンフィギュレーション中のいずれの場合も常にクランプ ダイオードが存在し、 プログラムが解除された Spartan-3/-3E で 3.3V の信号がピンを駆動するような状況でも、外部クランプ ダイオードを追加する必要はありません。電源の投入されていない I/O を駆動する (ホットスワップ) には、(Xilinx Answer 19777) を参照してください。

AR# 20492
日付 02/21/2013
ステータス アクティブ
種類 一般
このページをブックマークに追加