EG4系列FPGA硬件设计涉及多个数据手册和设计指南,为了方便开发人员快速查阅和理解硬件设计要点,本文档整合了安路科技官方发布的相关资料,包括:
本文档按照电源设计、IO设计、PCB设计、检查清单等章节组织,涵盖了硬件设计的核心要点,旨在为硬件工程师提供便捷的设计参考。
注意事项:
| 文档名称 | 文档编号 | 适用器件 | 说明 |
|---|---|---|---|
| EG4S20 FPGA数据手册 | DS300 | EG4S20 | 通用20K器件电气特性 |
| EG4X20 FPGA数据手册 | DS301 | EG4X20 | 通用20K器件电气特性 |
| EG4A20 FPGA数据手册 | DS301扩展 | EG4A20 | 通用20K器件电气特性 |
| EG4D20 FPGA数据手册 | DS302 | EG4D20 | 合封SDRAM器件特性 |
| EG4硬件设计指南 | U303 | 全系列 | 通用设计指导 |
引脚映射表:
EG4系列FPGA器件根据封装和资源不同分为多个型号,所有器件均为20K逻辑资源,区别仅在于封装类型、IO数量和是否合封SDRAM。
重要说明:
选型建议:
快速选型参考表:
| 需求场景 | 推荐封装 | 特点 |
|---|---|---|
| 需要大容量存储 | EG4D20EG176 | 合封128Mb DDR SDRAM |
| 需要更多IO | EG4S20CG324 | 324引脚,IO数量最多 |
| 小尺寸空间受限 | EG4X20LG144 | 144引脚LQFP封装 |
| 成本敏感 | EG4A20NG88 / EG4S20NG88 | 88引脚QFN封装,成本低 |
| 通用设计 | EG4A20BG256 / EG4S20BG256 / EG4X20BG256 | 256引脚BGA,最通用 |
VCCIO为IO Bank供电电压,不同Bank可以配置不同的电压等级,以支持不同的IO标准。
电压范围:
| VCCIO标准 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 单位 |
|---|---|---|---|---|
| 3.3V | 3.135 | 3.3 | 3.465 | V |
| 2.5V | 2.375 | 2.5 | 2.625 | V |
| 1.8V | 1.71 | 1.8 | 1.89 | V |
| 1.5V | 1.425 | 1.5 | 1.575 | V |
| 1.2V | 1.14 | 1.2 | 1.26 | V |
设计要点:
VCCAUX为芯片辅助电源,给内部逻辑供电,是芯片正常工作的关键电源。
电压范围:
| 参数 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 单位 |
|---|---|---|---|---|
| VCCAUX | 2.375 | 2.5/3.3 | 3.63 | V |
设计要点:
设计要点:
基本操作条件:
| Symbol | 参数 | 最小 | 典型 | 最大 | 单位 |
|---|---|---|---|---|---|
| VCCAUX | 辅助电源 | 2.375 | 2.5/3.3 | 3.63 | V |
| VCCIO | I/O供电电压@3.3V | 3.135 | 3.3 | 3.465 | V |
| VCCIO | I/O供电电压@2.5V | 2.375 | 2.5 | 2.625 | V |
| VCCIO | I/O供电电压@1.8V | 1.71 | 1.8 | 1.89 | V |
| VCCIO | I/O供电电压@1.5V | 1.425 | 1.5 | 1.575 | V |
| VCCIO | I/O供电电压@1.2V | 1.14 | 1.2 | 1.26 | V |
| VI | 直流输入电压 | -0.5 | — | 3.6 | V |
| VO | 输出电压 | 0 | — | VCCIO | V |
最大绝对额定值:
| Symbol | 参数 | 最小 | 最大 | 单位 |
|---|---|---|---|---|
| VCCAUX | 辅助电源 | -0.5 | 3.75 | V |
| VCCIO | I/O驱动供电电压 | -0.5 | 3.75 | V |
| VI | 直流输入电压 | -0.5 | 3.75 | V |
| TJ | 结点温度 | -40 | 125 | ℃ |
上电时序:
EG4系列器件无上电时序要求,各电源可以任意顺序上电。
上电复位电压阈值:
| Symbol | 参数 | 最小 | 典型 | 最大 | 单位 |
|---|---|---|---|---|---|
| VCC_PORUP | VCC上电检测阈值 | 0.95 | 1.0 | 1.05 | V |
| VCCAUX_PORUP | VCCAUX上电检测阈值 | 2.0 | 2.1 | 2.2 | V |
| VCC_PORDN | VCC掉电检测阈值 | — | — | 0.9 | V |
| VCCAUX_PORDN | VCCAUX掉电检测阈值 | — | — | 1.9 | V |
| VSRAM_PORDN | SRAM电源掉电检测阈值 | — | — | 0.85 | V |
时序参数:
上电过程:
为确保电源质量,需要为每个电源域放置一定数量和容量的退耦电容。
退耦电容数量表:
| 封装 | VCCINT | VCCAUX | VCCIO* | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 22uF | 4.7uF | 0.47uF | 22uF | 4.7uF | 0.47uF | 4.7uF | 0.1uF | |
| EG4X20BG256 | 1 | 1 | 8 | 1 | 1 | 8 | 1 | 5 |
| EG4A20BG256 | 1 | 1 | 8 | 1 | 1 | 2 | 1 | 3 |
| EG4A20NG88 | 1 | 1 | 3 | 1 | 1 | 1 | 1 | 2 |
| EG4X20LG144 | 1 | 1 | 6 | 1 | 1 | 4 | 1 | 2 |
VCCIO*对应的每个BANK都需要配置表格中对应数量和容量的退耦电容。
电容选型建议:
根据UG303_EG4硬件设计指南,EG4系列FPGA的BANK支持以下电压范围:
| 电压标准 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 单位 |
|---|---|---|---|---|
| 3.3V | 3.135 | 3.3 | 3.465 | V |
| 2.5V | 2.375 | 2.5 | 2.625 | V |
| 1.8V | 1.71 | 1.8 | 1.89 | V |
| 1.5V | 1.425 | 1.5 | 1.575 | V |
| 1.2V | 1.14 | 1.2 | 1.26 | V |
重要说明:
| 封装型号 | 特殊BANK电压要求 | 说明 |
|---|---|---|
| EG4A20NG88 | VCCIO2、VCCIO3、VCCIO4、VCCIO7 必须使用3.3V | 其他BANK ≥ 1.2V |
| EG4A20BG256 | VCCIO1 ≥ 下载器供电电压(如使用JTAG) | 其他BANK ≥ 1.2V |
| EG4D20EG176 | BANK1、2、5、6内部相连,必须使用相同电压 BANK3电压 = VCCAUX电压 |
电压范围2.375V~2.625V |
| EG4S20NG88 | VCCIO2、VCCIO3、VCCIO4、VCCIO7 必须使用3.3V | 其他BANK ≥ 1.2V |
| EG4S20BG256 | 无特殊要求 | 所有BANK ≥ 1.2V |
| EG4S20CG324 | 无特殊要求 | 所有BANK ≥ 1.2V |
| EG4X20BG256 | VCCIO0、VCCIO1 ≥ 下载器供电电压(如使用JTAG) | VCCIO2 ≥ 1.5V(必须供电) 其他BANK ≥ 1.2V |
| EG4X20LG144 | VCCIO7、VCCIO8 必须使用3.3V VCCIO2、VCCIO3 ≥ 下载器供电电压(如使用JTAG) |
其他BANK ≥ 1.2V |
通用电压要求:
| 封装型号 | TCK | TDI | TDO | TMS | 特殊说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| EG4A20NG88 | 26脚 IO_B3_3,TCK |
25脚 IO_B2_3,TDI |
21脚 IO_L3_2,TDO |
22脚 IO_L4_2,TMS |
VCCIO2/VCCIO3需=3.3V |
| EG4A20BG256 | H3脚 IO_TCK |
H4脚 IO_TDI |
J4脚 IO_TDO |
J5脚 IO_TMS |
- |
| EG4D20EG176 | 47脚 IO_B1_3,JTAG_TCK |
46脚 IO_B1_3,JTAG_TDI |
43脚 IO_L5_2,JTAG_TDO |
44脚 IO_L6_2,JTAG_TMS |
合封SDRAM |
| EG4S20NG88 | 26脚 IO_B3_3,TCK |
25脚 IO_B2_3,TDI |
21脚 IO_L3_2,TDO |
22脚 IO_L4_2,TMS |
VCCIO2/VCCIO3需=3.3V |
| EG4S20BG256 | C14脚 IO_B2_0,TCK |
C12脚 IO_B1_0,TDI |
E14脚 IO_L4_1,TDO |
A15脚 IO_L5_1,TMS |
- |
| EG4S20CG324 | 需查PINLIST | 需查PINLIST | 需查PINLIST | 需查PINLIST | - |
| EG4X20BG256 | C14脚 IO_TCK_0 |
C12脚 IO_TDI_0 |
E14脚 IO_TDO_1 |
A15脚 IO_TMS_1 |
- |
| EG4X20LG144 | 43脚 IO_TCK |
42脚 IO_TDI |
34脚 IO_TDO |
35脚 IO_TMS |
VCCIO3需与下载器电压一致 |
JTAG引脚上下拉要求:
| 封装型号 | M0 | M1 | 模式选择说明 |
|---|---|---|---|
| EG4A20NG88 | 83脚 IO_T4_8,M0 |
84脚 IO_T5_8,M1 |
支持4种模式 |
| EG4A20BG256 | N11脚 IO_M0 |
N11脚 IO_M1 |
支持4种模式 |
| EG4D20EG176 | 169脚 IOT_4_8,M0 |
170脚 IO_T5_8,M1,ADC_CH_0 |
支持4种模式 |
| EG4S20NG88 | 83脚 IO_T4_8,M0 |
84脚 IO_T5_8,M1 |
支持4种模式 |
| EG4S20BG256 | T11脚 IO_T6_2,M0 |
N11脚 IO_T9_2,M1,ADC_CH_0 |
支持4种模式 |
| EG4S20CG324 | 需查PINLIST | 需查PINLIST | 支持4种模式 |
| EG4X20BG256 | T11脚 IO_M0_2 |
N11脚 IO_TE5P_M1_ADC_CH0_2 |
支持4种模式 |
| EG4X20LG144 | 136脚 IO_M0 |
137脚 IO_M1 |
支持4种模式 |
配置模式电平组合(M1 M0):
0 0:MSPI(主SPI)0 1:SS(从串行)1 0:MP(主并行x8)1 1:SP(从并行x8)| 封装型号 | CCLK | CSO_B | MOSI/CSI_B | MISO/DIN/D0 | 特殊说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| EG4A20NG88 | 82脚 IO_T3_8,CCLK |
69脚 IO_T3_7,CSO_B |
81脚 IO_T2_8,MOSI_CSI_B |
80脚 IO_T1_8,D0_DIN_MISO |
VCCIO2/VCCIO3需=3.3V |
| EG4A20BG256 | H1脚 IO_CCLK |
F16脚 IO_CSO |
C1脚 IO_MOSI |
H2脚 IO_MISO |
- |
| EG4D20EG176 | 168脚 IO_T3_8,CCLK |
140脚 IO_TE3N_7,CSO_B |
166脚 IO_T2_8,MOSI,CSI_B |
165脚 IO_T1_8,D0_DIN_MISO |
合封SDRAM |
| EG4S20NG88 | 82脚 IO_T3_8,CCLK |
69脚 IO_T3_7,CSO_B |
81脚 IO_T2_8,MOSI_CSI_B |
80脚 IO_T1_8,D0_DIN_MISO |
VCCIO2/VCCIO3需=3.3V |
| EG4S20BG256 | R11脚 IO_T7_2,CCLK |
T3脚 IO_T3_2,CSO_B |
T10脚 IO_T5_2,MOSI_CSI_B |
P10脚 IO_T4_2,D0_DIN_MISO |
- |
| EG4S20CG324 | 需查PINLIST | 需查PINLIST | 需查PINLIST | 需查PINLIST | - |
| EG4X20BG256 | R11脚 IO_CCLK_2 |
T3脚 IO_CSO_B_2 |
T10脚 IO_MOSI_CSI_B_2 |
P10脚 IO_D0_DIN_MISO_2 |
- |
| EG4X20LG144 | 135脚 IO_CCLK |
114脚 IO_CSO |
133脚 IO_MOSI |
132脚 IO_MISO |
VCCIO2需与下载器电压一致 |
Flash引脚上下拉要求:
| 封装型号 | PROGRAM_B | INIT_B/INITN/INITB | DONE | HSWAPEN |
|---|---|---|---|---|
| EG4A20NG88 | 67脚 IO_T1_7,PROGRAM_B |
68脚 IO_T2_7,INIT_N |
8脚 IO_L3_1,DONE |
44脚 IO_B4_4,HSWAPEN |
| EG4A20BG256 | H5脚 IO_PROGRAM |
F4脚 IO_INIT |
H14脚 IO_DONE |
F17脚 IO_HSWAPEN |
| EG4D20EG176 | 134脚 IO_TE1N_7,PROGRAM_B |
139脚 IO_TE3P_7,INITB |
10脚 IO_L3P_1,DONE |
88脚 IO_B4_4,HSWAPEN |
| EG4S20NG88 | 67脚 IO_T1_7,PROGRAM_B |
68脚 IO_T2_7,INIT_N |
8脚 IO_L3_1,DONE |
44脚 IO_B4_4,HSWAPEN |
| EG4S20BG256 | T2脚 IO_T1_2,PROGRAM_B |
R3脚 IO_T2_2,INIT_B |
P13脚 IO_L3P_1,DONE |
C4脚 IO_BE26P_0,HSWAPEN |
| EG4S20CG324 | 需查PINLIST | 需查PINLIST | 需查PINLIST | 需查PINLIST |
| EG4X20BG256 | T2脚 IO_PROGRAM_B_2 |
R3脚 IO_INIT_B_2 |
P13脚 IO_DONE_1 |
C4脚 IO_BE1P_HSWAPEN_0 |
| EG4X20LG144 | 110脚 IO_PROGRAM_B |
113脚 IO_INIT_B |
10脚 IO_DONE |
12脚 IO_HSWAPEN |
配置引脚上下拉要求:
| 封装型号 | DONE | INIT_B/INITN/INITB | PROGRAM_B | HSWAPEN | BUSY(如适用) |
|---|---|---|---|---|---|
| EG4A20NG88 | 8脚 IO_L3_1,DONE |
68脚 IO_T2_7,INIT_N |
67脚 IO_T1_7,PROGRAM_B |
44脚 IO_B4_4,HSWAPEN |
- |
| EG4A20BG256 | H14脚 IO_DONE |
F4脚 IO_INIT |
H5脚 IO_PROGRAM |
F17脚 IO_HSWAPEN |
- |
| EG4D20EG176 | 10脚 IO_L3P_1,DONE |
139脚 IO_TE3P_7,INITB |
134脚 IO_TE1N_7,PROGRAM_B |
88脚 IO_B4_4,HSWAPEN |
- |
| EG4S20NG88 | 8脚 IO_L3_1,DONE |
68脚 IO_T2_7,INIT_N |
67脚 IO_T1_7,PROGRAM_B |
44脚 IO_B4_4,HSWAPEN |
- |
| EG4S20BG256 | P13脚 IO_L3P_1,DONE |
R3脚 IO_T2_2,INIT_B |
T2脚 IO_T1_2,PROGRAM_B |
C4脚 IO_BE26P_0,HSWAPEN |
- |
| EG4S20CG324 | 需查PINLIST | 需查PINLIST | 需查PINLIST | 需查PINLIST | - |
| EG4X20BG256 | P13脚 IO_DONE_1 |
R3脚 IO_INIT_B_2 |
T2脚 IO_PROGRAM_B_2 |
C4脚 IO_BE1P_HSWAPEN_0 |
M14脚 IO_DOUT_BUSY_1 |
| EG4X20LG144 | 10脚 IO_DONE |
113脚 IO_INIT_B |
110脚 IO_PROGRAM_B |
12脚 IO_HSWAPEN |
- |
指示信号功能说明:
JTAG接口用于芯片配置、边界扫描和调试。
各封装JTAG引脚定义:
| 引脚号 | 引脚名称 | 方向 | 功能 | 上下拉标准 |
|---|---|---|---|---|
| 21 | IO_L3_2,TDO | 输出 | JTAG数据输出 | 4.7K上拉到VCCIO |
| 22 | IO_L4_2,TMS | 输入 | JTAG模式选择 | 4.7K上拉到VCCIO |
| 25 | IO_B2_3,TDI | 输入 | JTAG数据输入 | 4.7K上拉到VCCIO |
| 26 | IO_B3_3,TCK | 输入 | JTAG时钟 | 4.7K下拉到GND |
| 引脚号 | 引脚名称 | 方向 | 功能 | 上下拉标准 |
|---|---|---|---|---|
| 43 | IO_L5_2,JTAG_TDO | 输出 | JTAG数据输出 | 4.7K上拉到VCCIO |
| 44 | IO_L6_2,JTAG_TMS | 输入 | JTAG模式选择 | 4.7K上拉到VCCIO |
| 46 | IO_B1_3,JTAG_TDI | 输入 | JTAG数据输入 | 4.7K上拉到VCCIO |
| 47 | IO_B1_3,JTAG_TCK | 输入 | JTAG时钟 | 4.7K下拉到GND |
| 引脚号 | 引脚名称 | 方向 | 功能 | 上下拉标准 |
|---|---|---|---|---|
| A15 | IO_L5_1,TMS | 输入 | JTAG模式选择 | 4.7K上拉到VCCIO |
| C12 | IO_B1_0,TDI | 输入 | JTAG数据输入 | 4.7K上拉到VCCIO |
| C14 | IO_B2_0,TCK | 输入 | JTAG时钟 | 4.7K下拉到GND |
| E14 | IO_L4_1,TDO | 输出 | JTAG数据输出 | 4.7K上拉到VCCIO |
| 引脚号 | 引脚名称 | 方向 | 功能 | 上下拉标准 |
|---|---|---|---|---|
| A15 | IO_TMS_1 | 输入 | JTAG模式选择 | 4.7K上拉到VCCIO |
| C12 | IO_TDI_0 | 输入 | JTAG数据输入 | 4.7K上拉到VCCIO |
| C14 | IO_TCK_0 | 输入 | JTAG时钟 | 4.7K下拉到GND |
| E14 | IO_TDO_1 | 输出 | JTAG数据输出 | 4.7K上拉到VCCIO |
设计要点:
电压匹配: JTAG下载时,VCCIO1/VCCIO0需要和下载器供电电压保持一致
EG4系列支持多种配置模式,可通过以下引脚进行数据加载。
配置模式:
| 配置模式 | 说明 | 数据位宽 |
|---|---|---|
| SS (Slave Serial) | 从动串行配置 | 1位 |
| SP (Slave Parallel) | 从动并行配置 | 8位 |
| MP (Master Parallel) | 主动并行配置 | 8位 |
| MSPI | 内部SPI Flash配置 | 1/2/4位 |
| JTAG | JTAG配置 | 1位 |
各封装Flash配置引脚定义:
| 引脚号 | 引脚名称 | 方向 | 功能 | 上下拉标准 |
|---|---|---|---|---|
| 44 | IO_B4_4,HSWAPEN | 输入 | 加载状态控制 | 4.7K下拉到GND |
| 67 | IO_T1_7,PROGRAM_B | 输入 | 全局复位,低有效 | 4.7K上拉到VCCIO |
| 68 | IO_T2_7,INIT_N | 输出 | 初始化指示,开漏输出 | 4.7K上拉到VCCIO |
| 69 | IO_T3_7,CSO_B | 输出 | SPI片选输出 | 4.7K上拉到VCCIO |
| 8 | IO_L3_1,DONE | 输出 | 配置完成指示,开漏输出 | 4.7K上拉到VCCIO |
| 80 | IO_T1_8,D0_DIN_MISO | 双向 | 数据/输入/MISO | 4.7K上拉到VCCIO |
| 81 | IO_T2_8,MOSI_CSI_B | 输入 | SPI片选输入 | 4.7K上拉到VCCIO |
| 82 | IO_T3_8,CCLK | 输入/输出 | 配置时钟 | 4.7K上拉到VCCIO |
| 83 | IO_T4_8,M0 | 输入 | 模式选择引脚0 | 4.7K上拉到VCCIO |
| 84 | IO_T5_8,M1 | 输入 | 模式选择引脚1 | 4.7K上拉到VCCIO |
配置模式电平组合(EG4A20NG88): | M1(84脚) | M0(83脚) | 模式 | |————|————|——| | 0 | 0 | MSPI(主SPI) | | 0 | 1 | SS(从串行) | | 1 | 0 | MP(主并行x8) | | 1 | 1 | SP(从并行x8) |
| 引脚号 | 引脚名称 | 方向 | 功能 | 上下拉标准 |
|---|---|---|---|---|
| 10 | IO_L3P_1,DONE | 输出 | 配置完成指示,开漏输出 | 4.7K上拉到VCCIO |
| 88 | IO_B4_4,HSWAPEN | 输入 | 加载状态控制 | 4.7K下拉到GND |
| 134 | IO_TE1N_7,PROGRAM_B | 输入 | 全局复位,低有效 | 4.7K上拉到VCCIO |
| 139 | IO_TE3P_7,INITB | 输出 | 初始化指示,开漏输出 | 4.7K上拉到VCCIO |
| 140 | IO_TE3N_7,CSO_B | 输出 | SPI片选输出 | 4.7K上拉到VCCIO |
| 165 | IO_T1_8,D0_DIN_MISO | 双向 | 数据/输入/MISO | 4.7K上拉到VCCIO |
| 166 | IO_T2_8,MOSI,CSI_B | 输入 | SPI片选输入 | 4.7K上拉到VCCIO |
| 168 | IO_T3_8,CCLK | 输入/输出 | 配置时钟 | 4.7K上拉到VCCIO |
| 169 | IOT_4_8,M0 | 输入 | 模式选择引脚0 | 4.7K上拉到VCCIO |
| 170 | IO_T5_8,M1,ADC_CH_0 | 输入 | 模式选择引脚1 | 4.7K上拉到VCCIO |
配置模式电平组合(EG4D20EG176): | M1(170脚) | M0(169脚) | 模式 | |————|————|——| | 0 | 0 | MSPI(主SPI) | | 0 | 1 | SS(从串行) | | 1 | 0 | MP(主并行x8) | | 1 | 1 | SP(从并行x8) |
| 引脚号 | 引脚名称 | 方向 | 功能 | 上下拉标准 |
|---|---|---|---|---|
| C4 | IO_BE26P_0,HSWAPEN | 输入 | 加载状态控制 | 4.7K下拉到GND |
| N11 | IO_T9_2,M1,ADC_CH_0 | 输入 | 模式选择引脚1 | 4.7K上拉到VCCIO |
| P10 | IO_T4_2,D0_DIN_MISO | 双向 | 数据/输入/MISO | 4.7K上拉到VCCIO |
| P13 | IO_L3P_1,DONE | 输出 | 配置完成指示,开漏输出 | 4.7K上拉到VCCIO |
| R11 | IO_T7_2,CCLK | 输入/输出 | 配置时钟 | 4.7K上拉到VCCIO |
| R3 | IO_T2_2,INIT_B | 输出 | 初始化指示,开漏输出 | 4.7K上拉到VCCIO |
| T10 | IO_T5_2,MOSI_CSI_B | 输入 | SPI片选输入 | 4.7K上拉到VCCIO |
| T11 | IO_T6_2,M0 | 输入 | 模式选择引脚0 | 4.7K上拉到VCCIO |
| T2 | IO_T1_2,PROGRAM_B | 输入 | 全局复位,低有效 | 4.7K上拉到VCCIO |
| T3 | IO_T3_2,CSO_B | 输出 | SPI片选输出 | 4.7K上拉到VCCIO |
配置模式电平组合(EG4S20BG256): | M1(N11脚) | M0(T11脚) | 模式 | |————|————|——| | 0 | 0 | MSPI(主SPI) | | 0 | 1 | SS(从串行) | | 1 | 0 | MP(主并行x8) | | 1 | 1 | SP(从并行x8) |
| 引脚号 | 引脚名称 | 方向 | 功能 | 上下拉标准 |
|---|---|---|---|---|
| C4 | IO_BE1P_HSWAPEN_0 | 输入 | 加载状态控制 | 4.7K下拉到GND |
| M14 | IO_DOUT_BUSY_1 | 输出 | 忙信号 | 4.7K上拉到VCCIO |
| N11 | IO_TE5P_M1_ADC_CH0_2 | 输入 | 模式选择引脚1 | 4.7K上拉到VCCIO |
| P10 | IO_D0_DIN_MISO_2 | 双向 | 数据/输入/MISO | 4.7K上拉到VCCIO |
| P13 | IO_DONE_1 | 输出 | 配置完成指示,开漏输出 | 4.7K上拉到VCCIO |
| R11 | IO_CCLK_2 | 输入/输出 | 配置时钟 | 4.7K上拉到VCCIO |
| R3 | IO_INIT_B_2 | 输出 | 初始化指示,开漏输出 | 4.7K上拉到VCCIO |
| T10 | IO_MOSI_CSI_B_2 | 输入 | SPI片选输入 | 4.7K上拉到VCCIO |
| T11 | IO_M0_2 | 输入 | 模式选择引脚0 | 4.7K上拉到VCCIO |
| T2 | IO_PROGRAM_B_2 | 输入 | 全局复位,低有效 | 4.7K上拉到VCCIO |
| T3 | IO_CSO_B_2 | 输出 | SPI片选输出 | 4.7K上拉到VCCIO |
配置模式电平组合(EG4X20BG256): | M1(N11脚) | M0(T11脚) | 模式 | |————|————|——| | 0 | 0 | MSPI(主SPI) | | 0 | 1 | SS(从串行) | | 1 | 0 | MP(主并行x8) | | 1 | 1 | SP(从并行x8) |
设计要点:
引脚预留: 根据实际使用的配置模式,预留相应的配置引脚
上拉电阻: 所有配置引脚都需要4.7K上拉到VCCIO(HSWAPEN除外,需下拉到GND)
配置方式: 配置方式通过软件界面设置,下载位流时自动写入到内置Flash
配置指示信号用于指示FPGA的配置状态。
各封装配置指示引脚定义:
| 引脚号 | 引脚名称 | 方向 | 功能 | 上下拉标准 |
|---|---|---|---|---|
| 44 | IO_B4_4,HSWAPEN | 输入 | 加载状态控制 | 4.7K下拉到GND |
| 67 | IO_T1_7,PROGRAM_B | 输入 | 全局复位,低有效 | 4.7K上拉到VCCIO |
| 68 | IO_T2_7,INIT_N | 输出 | 初始化指示,开漏输出 | 4.7K上拉到VCCIO |
| 8 | IO_L3_1,DONE | 输出 | 配置完成,开漏输出 | 4.7K上拉到VCCIO |
| 引脚号 | 引脚名称 | 方向 | 功能 | 上下拉标准 |
|---|---|---|---|---|
| 10 | IO_L3P_1,DONE | 输出 | 配置完成,开漏输出 | 4.7K上拉到VCCIO |
| 88 | IO_B4_4,HSWAPEN | 输入 | 加载状态控制 | 4.7K下拉到GND |
| 134 | IO_TE1N_7,PROGRAM_B | 输入 | 全局复位,低有效 | 4.7K上拉到VCCIO |
| 139 | IO_TE3P_7,INITB | 输出 | 初始化指示,开漏输出 | 4.7K上拉到VCCIO |
| 引脚号 | 引脚名称 | 方向 | 功能 | 上下拉标准 |
|---|---|---|---|---|
| C4 | IO_BE26P_0,HSWAPEN | 输入 | 加载状态控制 | 4.7K下拉到GND |
| P13 | IO_L3P_1,DONE | 输出 | 配置完成,开漏输出 | 4.7K上拉到VCCIO |
| R3 | IO_T2_2,INIT_B | 输出 | 初始化指示,开漏输出 | 4.7K上拉到VCCIO |
| T2 | IO_T1_2,PROGRAM_B | 输入 | 全局复位,低有效 | 4.7K上拉到VCCIO |
| 引脚号 | 引脚名称 | 方向 | 功能 | 上下拉标准 |
|---|---|---|---|---|
| C4 | IO_BE1P_HSWAPEN_0 | 输入 | 加载状态控制 | 4.7K下拉到GND |
| M14 | IO_DOUT_BUSY_1 | 输出 | 忙信号 | 4.7K上拉到VCCIO |
| P13 | IO_DONE_1 | 输出 | 配置完成,开漏输出 | 4.7K上拉到VCCIO |
| R3 | IO_INIT_B_2 | 输出 | 初始化指示,开漏输出 | 4.7K上拉到VCCIO |
| T2 | IO_PROGRAM_B_2 | 输入 | 全局复位,低有效 | 4.7K上拉到VCCIO |
设计要点:
外部上拉要求: DONE/INIT_B/INITN/INITB是带内部弱上拉的开漏输出,但为避免外部电源不稳造成芯片循环重启,要求通过电阻上拉到VCCIO
FPGA在上电后,配置IO的状态取决于器件类型和配置参数。
非配置相关IO状态:
配置相关IO状态:
| Pin | Pre-configuration | Post-configuration | |
|---|---|---|---|
| HSWAPEN=0(enable) | HSWAPEN=1(disable) | ||
| MSEL[2:0]/M[1:0] | Pull-up to Vccio | Pull-up to Vccio | User I/O |
| PROGRAMN/PROGRAM_B | Pull-up to Vccio | Pull-up to Vccio | 软件 ProgPin设置 |
| INITN/INIT_B | Pull-up to Vccio | Pull-up to Vccio | 软件 InitPin设置 / User I/O |
| DONE | Pull-up to Vccio | Pull-up to Vccio | 软件 DonePin设置 |
| CCLK | Pull-up to Vccio | Pull-up to Vccio | 软件 SpiPin设置 |
| CSN/CSI_B | Pull-down to Gnd | Pull-down to Gnd | User I/O / 软件 SpiPin设置 |
| TMS TCK TDO TDI | Pull-up to Vccio | Pull-up to Vccio | 软件 JtagPin设置 |
| D[7:0] | Pull-up to Vccio | Pull-up to Vccio | User I/O |
| CSON/DOUT | Pull-up to Vccio | Pull-up to Vccio | User I/O |
| HSWAPEN | Pull-up to Vccio | Pull-up to Vccio | User I/O |
| Others | Pull-up to Vccio | High-Z | User I/O |
特殊IO状态:
EG4D20EG176器件的以下引脚如果在代码中设置为output或inout类型,在加载时不能一直保持高阻态,会输出高脉冲或者低脉冲信号。如果用户在加载时对引脚状态有要求,需要尽量避开这些引脚,或是通过软件设置进行规避:
直流电气特性:
| Symbol | 参数 | 条件 | 最小 | 典型 | 最大 | 单位 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| I_IL, I_IH | 输入漏电电流 | 0 ≤ VI ≤ VCCIO - 0.5V | -15 | — | 15 | uA |
| I_IH | 输入漏电电流 | VCCIO - 0.5V ≤ VI ≤ VIH_MAX | — | — | 150 | uA |
| V_HYST | 施密特触发器输入迟滞电压 | VCCIO = 3.3V | — | 350 | — | mV |
| VCCIO = 2.5V | — | 260 | — | mV | ||
| VCCIO = 1.8V | — | 130 | — | mV | ||
| I_PU | I/O 弱上拉电流 | — | 35 | — | 250 | uA |
| I_PD | I/O 弱下拉电流 | — | 35 | — | 250 | uA |
输出电压标准:
| 标准 | V_IL (V) | V_IH (V) | V_OL 最大 (V) | V_OH 最小 (V) | I_OL (mA) | I_OH (mA) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| LVTTL33 | -0.3 | 0.8 | 2.0 | 0.4 | 4 | -4 |
| LVCMOS33 | -0.3 | 0.8 | 2.0 | 0.4 | 8 | -8 |
| 12 | -12 | |||||
| 16 | -16 | |||||
| LVCMOS25 | -0.3 | 0.7 | 1.7 | 0.4 | 4 | -4 |
| 8 | -8 | |||||
| 12 | -12 | |||||
| 16 | -16 | |||||
| LVCMOS18 | -0.3 | 0.35 × VCCIO | 0.65 × VCCIO | 0.4 | 4 | -4 |
| 8 | -8 | |||||
| 10 | -10 | |||||
| LVCMOS15 | -0.3 | 0.35 × VCCIO | 0.65 × VCCIO | 0.4 | 4 | -4 |
| 8 | -8 | |||||
| LVCMOS12 | -0.3 | 0.35 × VCCIO | 0.65 × VCCIO | 0.4 | 4 | -4 |
输入标准与VCCIO兼容性:
| 输入标准 | VCCIO (典型值) | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 3.3V | 2.5V | 1.8V | 1.5V | 1.2V | |
| LVTTL33 | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ |
| LVCMOS33 | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ |
| LVCMOS25 | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ |
| LVCMOS18 | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ | |
| LVCMOS15 | ✓ | ✓ | ✓ | ||
| LVCMOS12 | ✓ | ✓ |
热插拔规格:
| Symbol | 参数 | 最大 | 单位 |
|---|---|---|---|
| IIOPIN(DC) | DC电流,每个I/O | 1 | mA |
| IIOPIN(AC) | AC电流,每个I/O | 8 | mA |
器件支持情况:
| 器件系列 | 支持情况 | 不支持热插拔的引脚 |
|---|---|---|
| EG4S20 | 部分引脚不支持 | ADC与IO复用的引脚 |
| EG4X20 | 部分引脚不支持 | ADC与IO复用的引脚 |
| EG4A20 | 部分引脚不支持 | ADC与IO复用的引脚 |
| EG4D20 | 部分引脚不支持 | ADC与IO复用的引脚 |
设计要点:
设计要点:
信号在跳变过程中可能会产生过冲或下冲,为保证10年使用寿命,允许的最大过冲、下冲占比如下:
10年使用寿命下允许的最大过冲、下冲占比:
| VI AC Input Voltage | 占高电平时间的百分比 |
|---|---|
| -0.3V | 100% |
| -0.4V | 100% |
| -0.5V | 86% |
| -0.6V | 49% |
| -0.7V | 28% |
| -0.8V | 16% |
| -0.9V | 9.23% |
| -1.0V | 5.27% |
| -1.1V | 3% |
| VCCIO+0.4 | 100% |
| VCCIO+0.5 | 86% |
| VCCIO+0.6 | 49% |
| VCCIO+0.7 | 28% |
| VCCIO+0.8 | 16% |
| VCCIO+0.9 | 9.23% |
| VCCIO+1.0 | 5.27% |
| VCCIO+1.1 | 3% |
设计要点:
基本特性:
| 参数 | 描述 | 测试条件 | 最小 | 典型 | 最大 | 单位 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| V_IP, V_IN | 输入电平 | VCCIO=2.5V | 0 | — | 2.4 | V |
| VCCIO=1.8V | 0.3 | — | 1.5 | V | ||
| V_ID | 输入差分摆幅 | |V_IP - V_IN|, RT = 100Ω | 150 | 350 | — | mV |
| V_ICM | 输入共模电压 | VCCIO=2.5V | 0.05 | — | 2.35 | V |
| VCCIO=1.8V | 0.6 | 0.9 | 1.4 | V | ||
| RT | 片内端接差分电阻 | — | 80 | 100 | 120 | Ω |
| V_OO | 标准差分输出摆幅 | |V_OP - V_ON|, RT = 100Ω | 150 | 250 | — | mV |
设计要点:
直流耦合电路:
交流耦合推荐电路:
True LVDS输出:
Emulated LVDS输出:
Emulated LVDS推荐电阻值:
| RS (Ω) | RP (Ω) | LVDSE25 (mV) | LVDSE33 (mV) |
|---|---|---|---|
| 300 | 118 | 195 | 256 |
| 210 | 127 | 270 | 355 |
| 150 | 140 | 365 | 483 |
| 115 | 160 | 460 | 610 |
布线要求:
设计要点:
LVPECL接口设计需要特别注意:
具体设计请参考LVPECL接口标准设计指南。
EG4系列FPGA提供多种时钟资源,包括全局时钟、区域时钟和IO时钟。
时钟资源类型:
设计要点:
EG4系列FPGA集成了12位SAR ADC。
ADC特性:
ADC引脚设计要点:
热阻参数表:
| 封装型号 | θJA (℃/W) | θJC (℃/W) | θJB (℃/W) |
|---|---|---|---|
| BG256 | 需查数据手册 | 需查数据手册 | 需查数据手册 |
| NG88 | 需查数据手册 | 需查数据手册 | 需查数据手册 |
| LG144 | 需查数据手册 | 需查数据手册 | 需查数据手册 |
| EG176 | 需查数据手册 | 需查数据手册 | 需查数据手册 |
| CG324 | 需查数据手册 | 需查数据手册 | 需查数据手册 |
布局原则:
设计要点:
走线原则:
过孔要点:
文档版本: 2026.01.22 参考资料: DS300、DS301、DS302、UG303