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Forum: FPGA, VHDL & Co. RoHS - FPGA Ersatztyp 5V tolerant


Autor: Daniel (Gast)
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Hallo again,
bin wieder mit meinem Projekt (siehe frühere Beiträge) zugange. Bin auf
einige größere Probleme gestoßen und würde mich freuen wenn mir jemand
weiterhelfen könnte. Das Problem: Eine bestehende Hardware muß wegen
Abkündigung des Xilinx XCS10 (bleifrei) ersetzt werden. Dabei
kommuniziert das FPGA sowohl mit einem TMS320F240, zwei statischen
Samsung Rams K6R10161, einem CPLD Xilinx XC9536 und einem Flash
MT28F400. Des weiteren mehrere 5V Steursignale. Leider ist die gesamte
Hardware für TTL 5V Pegel ausgelegt. Meine erste Wahl für einen
Ersatztyp fiel auf den Xilinx XC3S50. Dieser ist aber leider nicht 5V
tolerant an den Eingängen. Die Ausgänge erreichen bis zu 3,3V, was für
einige Bausteine noch reichen könnte. Jedoch sind die meisten IOB
bidirektional, was auch bei einem "output disable" dazu führt das 5V
am Eingang liegen (Pullup Optokoppler auf 5V). Des weitern bin ich
nicht sicher ob die Ausgänge des FPGA eine Schutzdiode gegen die Vio
Spannung besitzen was zu noch weitern Problemen führt. (Aber erstmal
nebensächlich)
Die nachgeschaltete Hardware besteht sowohl aus CMOS HC und HCT Logik,
was bedeutet daß der notwendige High-Pegel von 0,7*Vcc=0,7*5V=3,5V
nicht erreicht werden kann...
Da es sich um ca. 80 Steuersignale handelt, scheint es nicht sinnvoll
mit Pegelwandlung anzufangen.
Hat jemd einen Tip wie ich das am elegantesten lösen kann? Gibt es
vielleicht ein anderes, 5V kompatibeles, bleifreies FPGA eines anderen
Herstellers? Oder komme ich um die Pegelwandlung nicht herum?
Danke für Tips! Und entschuldigt unqualifizierte Äußerungen. Fange
gerade an mit dem Thema FPGA..

Autor: Neutron (Gast)
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Muss es denn unbedingt ein FPGA sein? Schau dir mal die ispMach4xxxV von
Lattice an. Das sind schnelle CPLDs mit Gatteräquivalenten von mehreren
Zehntausend. Und das interessante: die I/O Spannung kann im Bereich
2,5V bis 5V liegen. Die GPIOs sind in verschiedene Bänke aufgeteilt,
die mit separaten I/O-Spannungen versorgt werden können. Umfangreiches
Levelshifting ist also möglich. Und schnell sind die Dinger auch
(>100MHz). Also ich behaupt mal dass man damit problemlos einen alten
Spartan mit 10k-Gates ersetzen kann.

Autor: Neutron (Gast)
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Falls du noch Fragen zu den Lattice CPLDs haben solltest, schreib mir ne
mail: sisu2002 (at) gmx.de

Autor: Daniel (Gast)
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Danke Neutron - wäre vielleicht eine Alternative. Werde ich mir ansehen.
 Folgende Gründe warum ich ein Xilinx einsetzen will:
1. Es stehen noch Unterlagen und Quellcode aus dem alten FPGA zur
Verfügung und somit bietet es sich an, eine ähnliche Variante zu
wählen.
Die Schaltung macht zudem noch eine QSPI Nachbildung zur KOmmunikation
zwischen einem Motorola und einem TI Dsp. Dies scheint mir der
"schwerste" Teil zu sein.
2. In der derzeitigen Schaltung wird der RAM des FPGA genutzt. Ich
müßte mal abschätzen, was für ein Aufwand es ist, den Teil auszulagern
wenn ich ein Lattice einsetze.
3. Mit Xilinx habe ich schon Erfahrungen beim Einsatz von CPLD's und
somit bin ich etwas vertraut mit der Entwicklungsumgebung.

Genügen die ispmach von lattice der rohs norm? Ist die
Entwicklungssoftware kostenlos? Naja, ich werde mir mal die
Datenblätter ansehen.
Danke

Autor: Tobias O. (Gast)
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Die Eingänge des Spartan3 sind eingeschränkt 5 Volt tolerant. Man muss
bloss darauf achten Schutzwiderstände vorzuschalten, weil die internen
Schutzdioden nur einen bestimmten Strom verkraften. Schau dir mal das
Datenblatt vom Spartan3 an. Aber wenn die Lattice CPLD's ausreichen,
würde ich lieber die nehmen. Weniger Bauteile, flexiblere IO's

Autor: high_speed (Gast)
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Hallo Daniel

Das klinkt irgendwie nach Flickschusterei.
Das Hardware-Design sollte als erstes mal überarbeitet werden.
Es ist erst einmal zu prüfen, ob es einen kompatiblen DSP von TI auch
mit 3,3V Schnittstelle gibt. Beim Flash EEPROM und bei dem SRAM sehe
ich erst einmal keine Probleme, 3,3V Modelle zu finden.
Wofür wird der CPLD verwendet? Kann man den nicht in den FPGA / CPLD
verlagern?
Für die 5V Logiksignale können Level-Shifter verwendet werden.
Man sollte sich aber trotzdem erst einmal fragen ob das überhaupt nötig
ist. Was sind das für Signale?

Dies alles ist natürlich mit einigen Aufwand verbunden.
Die 5V Logik stirbt eben langsam aus.

MfG
Holger

Autor: Daniel (Gast)
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Danke für eure Hilfsbereitschaft.
Das ganze Projekt ist meine Diplomarbeit... Vielleicht wäre es wirklich
angebracht, sowohl den TI durch einen 3,3V Typ zu ersetzen  und das
CPLD-Leben mit in das FPGA aufzunehmen. Jedoch stehe ich da im
Konflikt, denn a) möchte ich meine Diplomarbeit so weit möglich
überschaubar halten und zum anderen will ich keine "Flickerei" - der
Weg weg von 5V sollte eigentlich der Richtige sein.
Ich habe heute nachmittag ein Gespräch mit meinem Vorgesetzten - danach
bin ich vielleicht schlauer welchen Weg wir wählen.
Meld mich danach.

Autor: Daniel (Gast)
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Hallo nochmal,

habe mir noch einige Application Notes etc. durchgelesen. Xilinx sagt
ausdrücklich, daß der Spartan3 nicht 5V tolerant ist. Der Aufwand alle
Pegel anzupassen ist enorm, da die meisten IO's bidirectional
arbeiten. Eine komplette Neuauflage des Layouts wäre sicher keine
schlechte Idee, sprengt aber den Rahmen meiner Diplomarbeit. (DSP neu,
RAM, Flash etc...)
Alternativ habe ich mir den Virtex angesehen. Dieser ist komplett 5V
tolerant und würde fast alle Probleme erschlagen. Was haltet ihr davon?
Allerdings weiß ich nicht, in welcher Preisklasse die liegen. Finde
keine Auskunft im Netz. Habe schon eine Anfrage an unseren Disti
geschickt. Wahrscheinlich würde der kleinste XCV50 reichen.
Grüße

Autor: high_speed (Gast)
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Hallo Daniel

Wann willst du deine Arbeit abgeben?
Mache dir am Anfang erst einmal einen Zeitplan, den du dann am besten
mit deinem Betreuer durchgehst. Da gibt es zum Beispiel die Punkte:
Layout, Leiterplattenherstellung, Bestückung
Das kann schon einen Monat dauern, bis man endlich die eigene Platine
in den Händen hält.
Wegen deiner Diplomarbeit werden die nicht unbedingt eine Eilbestellung
machen.
Dan gibt es noch den Punkte Bauteilbeschaffung. Man kann sich manchmal
gar nicht vorstellen, wie lange es dauern kann Teile aus dem gleichen
Unternehmen zu bestellen.

Ich habe 6 Monate für meine Diplomarbeit gebraucht.
In der Zeit wurde eine Hardware entwickelt, ein FPGA-Modell erstellt
und EMV-Untersuchungen durchgeführt.
Na gut, die Hardware war teils nur eine Abänderung einer schon bereits
existierenden Projekts. Hat mir so ungefähr ein  paar Tage
Zeichenaufwand und Bauteilsuche in der firmeneigenen Bibliothek
gespart.
Das Aufbauen auf dies schon existierende Projekt hatte auch den
Vorteil, dass ich schon an dem FPGA-Modell basteln konnte, als die
Hardware noch nicht da war.
Das Layout hatte ich auch nicht selber gemacht. (Dafür gibt es
schließlich Layouter. :-) )
8 Lagen kann man ohne Erfahrung auch nicht innerhalb einer Woche
layouten.

MfG
Holger

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