Xilinx XC4406-PC84C

Отличный выбор! Xilinx XC4406-PC84C — это представитель одного из самых легендарных и успешных семейств ПЛИС (FPGA) в истории — Xilinx XC4000.

Это семейство, выпущенное в начале 1990-х, произвело революцию, установив многие стандарты архитектуры FPGA, которые используются до сих пор. Давайте подробно разберем эту конкретную модель.

Общее описание

Xilinx XC4406-PC84C — это ПЛИС (программируемая логическая интегральная схема) конфигурации SRAM, что означает:

• Программа (битстрим) загружается в чип при каждом включении питания из внешней ПЗУ.
• Обеспечивает высочайшую гибкость: логику можно перепрограммировать сколько угодно раз.
• PC84C — это обозначение корпуса: Plastic Quad Flat Pack (PQFP) на 84 вывода.

Это была высокопроизводительная по меркам своего времени FPGA, предназначенная для реализации сложных цифровых устройств, прототипирования ASIC, обработки сигналов и контроллеров.

Детальные технические характеристики

В основе архитектуры XC4000 лежит матрица конфигурируемых логических блоков (Configurable Logic Blocks — CLB) и программируемых соединений (Routing Channels).

Для XC4406 ключевые параметры:

1. Логическая емкость:

   • Количество CLB: 400 (это отражено в номере "406" — серия 4000, модель 06).
   • Логические элементы (экв.): Примерно 6000-8000 эквивалентных вентилей (это очень приблизительная оценка; реальная полезная емкость зависит от проекта). По современным меркам — это очень маленькая микросхема (сравнима с крошечными современными FPGA), но в 90-е это была мощная платформа.

2. Архитектура CLB:

   • Каждый CLB содержит две 4-входовые таблицы (Look-Up Table — LUT), которые могут быть сконфигурированы как комбинационная логика или как триггеры (защелки).
   • Также в CLB есть триггеры и схема переноса для эффективной реализации арифметических функций (сумматоров, счетчиков).

3. Входы/Выходы (I/O):

   • Количество пользовательских I/O: До 61 (из 84 выводов корпуса часть отведена под питание, землю и конфигурационные выводы).
   • Банки ввода-вывода: В XC4000 еще нет концепции банков с разными напряжениями. Как правило, работают от 5В TTL/CMOS.

4. Внутренняя память (RAM):

   • Каждый CLB может быть сконфигурирован как статическая RAM размером 16x1 или 32x1 бит.
   • Для XC4406 это дает теоретический максимум около 400 x 16 бит = 6400 бит (800 байт) распределенной RAM. Это очень мало по современным меркам.

5. Быстродействие:

   • Системная тактовая частота: Практический предел для сложных проектов — 30-50 МГц, для простых цепей может быть выше.
   • Задержка комбинационной логики через один CLB: ~5-10 нс.

6. Техпроцесс: 0.6 микрон (600 нм) — по меркам своего времени передовая технология.

7. Напряжение питания: 5В (одно напряжение для ядра и I/O).

8. Конфигурация: Последовательная (через интерфейс JTAG или SelectMAP), обычно с внешней микросхемы ПЗУ (например, Xilinx XC1700/1800 Series PROM).

Парт-номера (Part Numbers) и варианты

Номенклатура Xilinx для XC4000 строится по принципу: XC4[A][B][C]-[D][E]

• XC4 — семейство XC4000.
• [A] — Пропуск (обозначал улучшенную серию, например, "S" для XC4000S с улучшенными I/O).
• [B] — Номер модели (емкость). "406" — одна из средних по емкости в линейке (были 02, 03, 04, 05, 06, 08, 10 и более крупные).
• [C] — Пусто или "E" (Enhanced — улучшенная версия с более высокой частотой и дополнительными функциями, например, XC4406E). Ваша модель — "стандартная" 4406.
• [D] — Корпус. PC84 = Plastic QFP, 84 вывода.
• [E] — Диапазон температур/тип.
  • C = Commercial (0°C to +85°C) <- Ваша микросхема.
  • I = Industrial (-40°C to +100°C)
  • M = Military (-55°C to +125°C)

Примеры парт-номеров для этой же логической матрицы:

• XC4406-PC84C (ваш вариант, коммерческий температурный диапазон).
• XC4406-PC84I (промышленный температурный диапазон).
• XC4406-PQ100C (тот же чип, но в корпусе PQFP на 100 выводов, что дает больше пользовательских I/O).
• XC4406E-PC84C (улучшенная, более быстрая версия "E" в том же корпусе).

Совместимые и аналогичные модели

1. Прямые аналоги и замены в том же семействе:

• XC4405-PC84C — меньшая емкость (~300 CLB). Может подойти, если проект умещается.
• XC4406E-PC84C — прямая улучшенная замена. Более высокая частота, дополнительные функции (например, улучшенные триггеры). Часто является рекомендуемой заменой при модернизации или новом проекте.
• XC4406-PQ100C — полный логический аналог, но с большим количеством выводов. Если в проекте не хватает I/O на корпусе PC84, это вариант.
• XC4403/XC4404 — меньшие по емкости, если проект не требует всех ресурсов 4406.

2. Следующие поколения Xilinx (обратная совместимость по выводам отсутствует, требуется переразводка платы и перенос проекта):

• Семейство Spartan/XL (XC5200, XCS10/30): Более новая, дешевая и эффективная архитектура. XC5200 была популярной заменой.
• Семейство Spartan-II/IIE (XC2S): Уже на 2.5В/3.3В, огромный скачок в емкости и производительности.
• Современные аналоги (по логической емкости): Сегодня аналогичную или в тысячи раз большую емкость можно найти в самых младших представителях семейств Spartan-6, Spartan-7, Artix-7 (например, XC7A15T). Однако это требует полного перепроектирования и смены инструментов (Vivado вместо устаревшего ISE/Foundation).

3. Альтернативы от конкурентов (того периода):

• Altera FLEX 6000/8000/10K (например, EPF8636) — основные конкуренты в том же сегменте.
• Actel (Microsemi) 3200DX — FPGA на основе антипредохранителей (не перепрограммируемые, однократно программируемые — OTP).

Важное примечание по современному использованию

• Инструменты: Для разработки под XC4406 требуется старая среда Xilinx ISE (версии 10.1 или старше) или еще более старая Xilinx Foundation Series. Они могут работать на современных ОС только в режиме совместимости или внутри виртуальной машины.
• Актуальность: XC4000 снято с производства много лет назад. Микросхемы можно найти только на вторичном рынке (б/у, снятые с плат) или на складах остатков.
• Применение сегодня: В основном, для поддержки устаревшего (legacy) оборудования, ремонта или в образовательных целях для изучения основ FPGA.

Вывод: XC4406-PC84C — это классическая, хорошо документированная FPGA своего времени, сыгравшая важную роль в развитии отрасли. Для новых проектов сегодня ее использование нецелесообразно из-за морального и физического устаревания.