Xilinx XC3090-70PQ160I — описание и характеристики

Общее описание

XC3090 — это FPGA (Field Programmable Gate Array) из семейства XC3000 компании Xilinx (ныне AMD). Семейство XC3000 было представлено в конце 1980-х — начале 1990-х годов и стало одним из первых массовых FPGA на рынке, положив начало популярности ПЛИС с архитектурой на базе LUT (таблиц истинности) и программируемых межсоединений.

XC3090 — это самый крупный кристалл в семействе XC3000: содержит 9000 логических вентилей (эквивалент, без учёта памяти) или ~85 000 транзисторов, что по меркам того времени было значительным объёмом для программируемой логики.

Микросхема нашла применение в телекоммуникационном оборудовании, промышленной автоматике, военной и аэрокосмической технике, в системах обработки сигналов и прототипирования ASIC. Благодаря широкому температурному диапазону и промышленному исполнению (суффикс I) применяется в ответственных и встраиваемых системах.

Расшифровка маркировки:

• XC3090 — тип кристалла (семейство XC3000, 9000 вентилей)
• -70 — скорость (speed grade): задержка одного логического уровня ~70 нс при 5 В
• PQ160 — тип корпуса: Plastic QFP (PQFP), 160 выводов
• I — Industrial (промышленный диапазон температур: −40…+85 °C)

Технические характеристики

| Параметр | Значение | |---|---| | Серия | Xilinx XC3000 | | Модель | XC3090 | | Эквивалентная логическая ёмкость | 9 000 вентилей | | Количество транзисторов | ~85 000 | | Конфигурируемых логических блоков (CLB) | 320 | | Триггеров (Flip-Flops) | 1 280 | | Входов/выходов (I/O) | до 144 (в корпусе PQ160 — 144 пользовательских I/O) | | Число выводов | 160 (PQFP) | | Напряжение питания ядра | 5 В ± 5% | | Напряжение I/O | 5 В (TTL/CMOS совместимые) | | Speed grade | −70 (тип. задержка логического уровня 70 нс) | | Тип памяти конфигурации | внешняя (загружается из PROM/EPROM или микроконтроллера) | | Конфигурационных бит | ≈ 637 000 мест | | Температурный диапазон | −40…+85 °C (Industrial) | | Тип корпуса | PQFP-160 (пластиковый quad flat pack) | | Тип логики | LUT-архитектура на базе CLB (Configurable Logic Block) | | Пример типового дизайна | счётчики, state machine, шинная логика, интерфейсы |

Особенности архитектуры XC3000

• CLB состоит из комбинационной части (LUT, реализующий любую функцию 5 переменных плюс запас логики) и двух D-триггеров.
• Матрица коммутации построена на программируемых pass-transistor и программируемых межсоединениях.
• Поддерживается частичное перепрограммирование конфигурации (Granularity — по столбцам CLB).
• IOB (Input/Output Block) настраиваются на вход, выход, двунаправленный режим, с программируемыми front-end и slew rate.
• Конфигурация хранится в SRAM энергонезависимой внешней памяти, поэтому при отключении питания требует перезагрузки.

Парт-номера (Ordering Part Numbers)

Формат парт-номера Xilinx: XC3090 -<Speed><Package><Temp>

Примеры заказных кодов, входящих в эту группу:

| Парт-номер | Корпус | Temp | Speed | |---|---|---|---| | XC3090-70PQ160I | PQFP-160 | Industrial | −70 | | XC3090-70PQ160C | PQFP-160 | Commercial | −70 | | XC3090-100PQ160I | PQFP-160 | Industrial | −100 | | XC3090-125PQ160I | PQFP-160 | Industrial | −125 | | XC3090-70PG175I | PGA-175 (CPGA) | Industrial | −70 | | XC3090-70PG175C | PGA-175 | Commercial | −70 | | XC3090-70CB164B | CQFP-164 | Military | −70 | | XC3090-70CB164M | CQFP-164 | Military | −70 | | XC3090-70HQ208 / XC3090-70HQ208I | PQFP-208 | C/I | −70 |

Примечание: XC30xx серия производилась в корпусах PLCC, PQFP (PQ), CPGA (PG), CQFP (CB), HQFP (HQ), и с различными speed grade (−50, −70, −100, −125, −150) и температурными опциями C (Commercial 0…+70 °C), I (Industrial −40…+85 °C), M/B (Military −55…+125 °C).

Совместимые модели (рекомендованный эквивалентный/заменяющий ряд)

Прямые аналоги из семейства XC3000/XC3100

| Модель | Особенности | |---|---| | XC3090 | базовые варианты и speed grades | | XC3190 | 9 000 вентилей, больше триггеров и I/O, уточнённая архитектура | | XC3195 | 9 500 вентилей, расширенный вариант | | XC4000-серия (XC4003, XC4005 и др.) | FPGA следующего поколения с более развитой LUT-архитектурой и скоростью |

Функционально близкие FPGA конкурентов

• Altera (ныне Intel FPGA) Flex 8000 / 10K серии — те же годы, похожий объём, но цифровые FPGA с SRAM-конфигурацией.
• Atmel (до покупки Microchip) AT40xx / AT6000 — SRAM FPGA.
• Actel (Microsemi) ACT 1, ACT 2 — антифьюзинговые FPGA (энергонезависимые).

Совместимость по корпусу / посадке

Корпус PQFP-160 под XC3090 устанавливается в те же посадочные места, где применялись:

• XC3090-70PQ160C / I, XC3090-100PQ160[I/C]
• XC3190/PQ160 (при совпадении распиновки I/O проверяйте конкретный datasheet)
• Совместимые кремниевые ревизии выпусков одного speed grade меняются в пределах семьи XC3000 при сохранении электрических параметров.

Важно: прямая замена между XC3090 других speed grade и/или между XC3090 и XC3190 возможна по корпусу, но пинами I/O и внутренней логикой — не всегда. Перед непосредственной заменой необходимо сравнить ревизионные datasheet.

Примечания

1. Семейство XC3000 давно снято с производства (End of Life), утилита XACT по-прежнему применяется ретро-разработчиками и энтузиастами. Партии микросхем сохраняются у вторичных поставщиков и на складах BOM-дистрибьюторов.
2. Современный эквивалент для новых кросс-платформенных решений — устройства Spartan / Artix / MachXO от AMD (Xilinx), Lattice, что обеспечивает больше вентилей, меньшее энергопотребление при стоимости ниже.
3. Напряжение 5 В у XC3000 совместимо с TTL и 5-В CMOS-логикой, что при замене на низковольтную логику потребует level shifter (32 бита уровня).

Если нужно — соберу таблицу по пинам для конкретного корпуса PQFP-160, распадку XC3000 или восходную корректировку маршрута питания и клоковой сети для дизайна на этой FPGA.