Xilinx XC2S100E-6PQ208I — описание и характеристики

Общее описание

XC2S100E-6PQ208I — это программируемая логическая интегральная схема (FPGA) из семейства Spartan-IIE, производимая компанией Xilinx (ныне AMD). Семейство Spartan-IIE было представлено в начале 2000-х годов как недорогое решение для массовых приложений: промышленной автоматизации, телекоммуникаций, потребительской электроники, автомобильных систем и встраиваемых устройств.

Микросхема построена на архитектуре на основе таблиц поиска (LUT) и логических блоков (CLB) с поддержкой встроенной блочной памяти (Block RAM) и блоками умножения (Multiplier). Корпус — пластиковый PQFP (Plastic Quad Flat Pack) на 208 выводов, промышленного температурного диапазона.

Ключевая особенность: FPGA имеет Volatile-конфигурацию — при отключении питания конфигурация теряется, поэтому требуется внешняя ПЗУ (PROM) с последовательной загрузкой при старте (Master Serial, Slave Serial, SelectMAP и др.).

Технические характеристики

| Параметр | Значение | |---|---| | Серия / семейство | Xilinx Spartan-IIE | | Модель | XC2S100E | | Логических ячеек (Logic Cells) | ~2 700 | | System Gates | 100 000 | | Configurable Logic Blocks (CLB) | 600 CLB | | Look-Up Tables (LUT, 4-input) | 1 200 | | Триггеры (Flip-Flops) | 1 200 | | Распределённая RAM | 38 400 бит | | Block RAM | 40 Кбит (10 блоков × 4 Кбит) | | Блоки умножителей (Multiplier) | Нет в XC2S100E* | | Максимальное число I/O | 146 (для корпуса PQ208) | | Число DLL (Delay Locked Loop) | 4 | | Напряжение ядра (VCCINT) | 1,8 В | | Напряжение I/O (VCCO) | 1,8 В / 2,5 В / 3,3 В | | Температурный диапазон | Industrial (-40 °C … +100 °C) | | Скоростной класс (-6) | Быстрый (Speed Grade 6 — высший в семействе) | | Корпус (PQ208) | 208-выводный Plastic Quad Flat Pack, шаг 0,5 мм | | Технология | КМОП, 0,15 мкм | | Тип конфигурации | Volatile SRAM | | Режимы конфигурации | Master Serial, Slave Serial, Master Parallel, Slave Parallel, Boundary-Scan | | Совместимость с IEEE 1149.1 | JTAG Boundary Scan поддерживается | | Стандарты I/O | LVTTL, LVCMOS, PCI, GTL, GTL+, SSTL2/3, HSTL и др. |

*Multiplier-блоки (18×18) присутствуют только в XC2S100E не во всех стёппингах: если нужен аппаратный умножитель — смотрите XC2S150E/XC2S200E или Spartan-3. В базовой версии XC2S100E умножителя нет.

Расшифровка обозначения

XC2S100E - 6 PQ 208 I
│    │   │ │  │  │  └── I = Industrial (-40..+100 °C)
│    │   │ │  │  └───── 208 = число выводов корпуса
│    │   │ │  └──────── PQ = Plastic Quad Flat Pack
│    │   │ └─────────── 6 = Speed Grade (6 = самый быстрый в семействе)
│    │   └───────────── E = расширенное семейство Spartan-IIE
│    └───────────────── 100 = условный объём ~100k system gates
└────────────────────── XC = Xilinx CPLD/FPGA

Парт-номера устройства и родственные/совместимые модели

Парт-номера для этого семейства (по объёму и температуре)

Все варианты обозначаются XC2SxxxE-XXXXX-T:

• XC2S50E — 50 000 вентилей
• XC2S100E — 100 000 вентилей
• XC2S150E — 150 000 вентилей
• XC2S200E — 200 000 вентилей
• XC2S300E — 300 000 вентилей
• XC2S600E — 600 000 вентилей (Spartan-II E High)

Основные корпусные исполнения:

• PQ208 — 208-pin PQFP
• TQ144 — 144-pin TQFP
• FT256 — 256-ball FBGA
• FG320 — 320-ball FBGA
• FG456 — 456-ball FBGA (для XC2S300E/600E)

Speed Grades:

• -5 — стандартный
• -6 — повышенной скорости
• -7 — Top-speed (в основном на старших плотностях)

По температуре:

• C — Commercial (0..+85 °C)
• I — Industrial (-40..+100 °C)

Полные парт-номера для XC2S100E (типичные из документации Xilinx):

• XC2S100E-6PQ208C
• XC2S100E-6PQ208I (ваш)
• XC2S100E-6TQ144C / XC2S100E-6TQ144I
• XC2S100E-6FT256C / XC2S100E-6FT256I
• XC2S100E-5PQ208C / XC2S100E-5PQ208I

Совместимые / родственные модели

1. Совместимые "footprint-identical" аналоги в семействе Spartan-IIE:

   • XC2S50E — по корпусу PQ208 с другим числом выводов (бывает совместим по критичным линиям в PCB, но не pin-to-pin по питанию/IO)
   • XC2S150E-PQ208 — pin-compatible в XY-всё того же корпуса
   • XC2S200E-PQ208 — как апгрейд по плотности в тот же корпус

2. Функциональные/идеологические аналоги (старшие семьи):

   • Xilinx Spartan-3 / Spartan-3E (XC3S100E, XC3S250E и т.д.) — наследники
   • Xilinx Spartan-II (XC2S15/30/50/100/150/200) — предшественники
   • Xilinx Virtex-E — масштабируемые аналоги по повышенным плотностям
   • Altera/Intel Cyclone (EP1C3, EP1C6 и др.) — конкурирующее семейство того же времени
   • Lattice EC/ECP серия
   • Actel/Microchip ProASIC Plus — но Non-Volatile (флеш), не постоянный pin-to-pin аналог

3. Конфигурационные микросхемы (для загрузки Spartan-IIE):

   • XC18V00 (XC18V01, XC18V02…) — Serial/Parallel Platform Flash
   • XCF01S / XCF02S / XCF04S — Platform Flash PROM
   • Сторонние SPI-flash и ПЛИС with JTAG program от мастера

Порядковые апгрейды внутри одного корпуса PQ208:

Обычно можно заменить без изменений платы (с оговоркой по распайке питания и типовых сигналов):

| Текущая | Апгрейд | |---|---| | XC2S100E-PQ208 | XC2S150E-PQ208, XC2S200E-PQ208 | | XC2S50E-PQ208 | XC2S100E-PQ208 |

Чип-линии для конфигурирования (JTAG-адаптеры):

• Xilinx Platform Cable USB (DLC9/DLC10)
• Совместимые клоны — Xilinx Parallel Cable IV, Digilent JTAG-HS2/HS3, многофункциональные USB-JTAG

Применение

• Промышленные контроллеры и ПЛК
• Устройства сбора данных
• Системы телекоммуникации (коммутация пакетов, интерфейсы E1/T1)
• Видео-обработка начального/среднего уровня
• Автомобильные ECUs, мосты между шинами
• Учебные и лабораторные проекты на FPGA (очень популярна у Université и школ)

Важные замечания

• Это устаревшая, но всё ещё поставляемая/по вторичному рынку модель. Xilinx официально перевёл многие Spartan-IIE в категорию End-of-Life или Last-Time-Buy ещё в 2010-х — на 2024—2025 открытым коммерческим каналом встречается в основном ремаркетинг.
• Конфигурация в SRAM — программируется при включении питания; на плате обязательно должны быть PROM/flash и генератор CCLK, либо JTAG-программа каждое включение.
• Speed Grade 6 и диапазон I (наиболее «горячий» вариант по быстродействию) — самые востребованные в критичных по времени применениях на небольшой плате.
• Поддержка переноса: в одной плате возможна замена между speed-степенями (-5 / …/ -6) с изменениями по таймингу, но не по распиновке корпуса, при сохранении XC2S100E.

Если нужна точная таблица I/O c Voltage Bank, detal таймингов для speed grade 6, или data sheet DS017 (Spartan-IIE Family) в виде ключевых выдержек — дайте знать, оформлю.