O容忍3.3V？

6年前发布

问题描述

当I / O由2.5V供电时（例如由VCCAUX供电的专用配置引脚），如何才能使这个I / O容忍3.3V？

解决/修复方法

Spartan-3 / -3E I / O有一对钳位二极管，连接到VCCO（专用引脚的VCCAUX）和GND，如数据手册所示。

Spartan-3 Functional问题描述数据表位于：

http://www.xilinx.com/xlnx/xweb/xil_publications_display.jsp?sGlobalNavPick=&sSecondaryNavPick=&category=-1209725&iLanguageID=1

Spartan-3E功能问题描述数据表位于：

http://www.xilinx.com/xlnx/xweb/xil_publications_display.jsp?sGlobalNavPick=&sSecondaryNavPick=&category=-1211389&iLanguageID=1

选择Spartan-3或Spartan-3E功能问题描述（模块2）。 IOB概述部分包括IOB（ESD保护二极管）中钳位二极管的图示。

当输入电压大于VCC + 0.5V时，上钳位二极管导通，并将反向电流传导至相关电源（VCCO用于非专用I / O; VCCAUX用于专用I / O和差分输入）。由于此反向电流可能会损坏I / O，因此当输入缓冲器由2.5V电源供电时，Spartan-3 / -3E I / O不能承受3V的电压。当CCLK和JTAG引脚等专用配置引脚由3.3V信号驱动时，3.3V配置接口就是这种情况。

Spartan-3 / -3E I / O可通过使用外部串联限流电阻实现3.3V容差，以限制流入上钳位二极管的电流至10 mA。这使得输入容忍3V，但配置为输出的I / O仍然无法驱动3.3伏特，并且所得到的VOH可能不符合接收信号的3.3V器件的输入规格。在大多数情况下，VOH将满足输入规范，但噪声容限将减少。

以下是如何根据以下信息计算外部限流电阻（Rser）的值的示例：

– 钳位二极管的正向偏置电压为0.5V（Vd）。但是，钳位二极管上的最大电压降由以下因素决定：

Vd = Vinx – Vccmax

其中Vinx = 4.05V，是避免氧化应力的最大电压。

– 任何I / O引脚可以过高或低于GND和VCC限值的限制为10 mA。

– 输入焊盘上的最大输入电压（Vinmax）可以是VCC + 0.5V。 Vinmax是数据表中的Absolute Max评级。

Spartan-3 FPGA系列：直流和开关特性数据表位于：

http://www.xilinx.com/xlnx/xweb/xil_publications_display.jsp?sGlobalNavPick=&sSecondaryNavPick=&category=-1209725&iLanguageID=1

Spartan-3E FPGA系列：直流和开关特性数据表位于：

http://www.xilinx.com/xlnx/xweb/xil_publications_display.jsp?sGlobalNavPick=&sSecondaryNavPick=&category=-1211389&iLanguageID=1

假设您要从器件“X”驱动3.3V至LVCMOS25输入缓冲器，例如Spartan-3 / -3E器件中由VCCAUX供电的专用配置引脚，则以下内容适用：

– 由VCCAUX供电的输入缓冲器电源的VCC最小值/最大值为2.375 / 2.625V。

– 3.3V器件（Vsrc）的输出电压为3.3 +/- 10％。

– 允许防止氧化应力的二极管两端的最大电压降为Vd = Vinx（4.05V） – Vccmax（2.625V）= 1.42V。

– Id（当Vd = 1.42V时通过二极管的电流）为1.26A。该值可在IBIS模型中找到。该值取自最大额定功率I（max）。这个“最低”值仍然太高，因为电流需要限制在10mA或更低。要将输入电流限制为10mA，可以使Vd为0.71V。

[POWER_clamp]

电压……我（典型值）……….我（分钟）…………我（最大）

-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 …..78.20毫安….. 0.18A ………..53.88毫安

-0.80 …..14.96毫安…..44.93毫安…..18.61毫安

-0.70 …..6.69毫安……. ……..8.78毫安10.98毫安

-0.60 …..2.80毫安……. ……..2.96毫安5.51毫安

-0.50 …..0.68毫安……. ……..0.83毫安1.82毫安

-0.40 ….. 81.60uA ……0.14毫安……..0.29毫安

-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源极和FPGA焊盘之间的最大电压差为Vsrcmax – （Vd + Vccmin）= 3.6-0.71-2.375）= 0.515V。

要将电流限制在10mA（并在二极管上保持0.71V压降），您需要一个0.515V / 10mA = 52欧姆（或标准5％电阻器为56欧姆）的串联电阻（Rser）。

有关如何使Spartan-3 / -3E输入5V容差的更多信息，请参阅（Xilinx答复19146）。

有关Spartan-3 3.3V配置的更多信息，请参阅XAPP453：

http://www.xilinx.com/support/documentation/application_notes/xapp453.pdf

其他相关参考资料包括Spartan-3 Generation FPGA用户指南（UG331）：

http://www.xilinx.com/support/documentation/user_guides/ug331.pdf

和Spartan-3代配置用户指南（UG332）：

http://www.xilinx.com/support/documentation/user_guides/ug332.pdf

笔记：

1.遵循同步开关输出（SSO）准则。请参考“Spartan-3 FPGA直流和开关特性”数据表：

http://www.support.xilinx.com/xlnx/xweb/xil_publications_display.jsp?sGlobalNavPick=&sSecondaryNavPick=&category=-1209725&iLanguageID=1

2.最小VCCO用于最坏情况计算。

3.始终保持稳定，清洁，正确绕过的VCCO。

4.将电阻器靠近驱动器，以获得更好的信号完整性。

5.执行IBIS仿真以验证结果。

6.钳位二极管始终存在（编程，未编程，配置期间），如果Spartan-3 / -3E未编程且3.3V信号驱动引脚，则无需添加外部钳位二极管。有关驱动无动力I / O（热插拔）的更多信息，请参阅（Xilinx答复19777 ）。

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