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Smart-USB Sigma製品
USB3.0対応 FPGAボード 『KX-Card7』
 Smart-USB Sigma(TM)ファミリ   小さいから組込が得意なFPGAボードSmart-USB Sigma製品ファミリPbFree仕様
特長 | システム概要 | ハードウェア構成 | ソフトウェア構成 | FPGA開発環境 | 製品構成 | 資料 | ボードオプション | 製品問い合わせ

特長

USB3.0とザイリンクス FPGA (Artix7)を組み合わせたシステム開発ボード(FPGAボード)です. FPGAの柔軟性と5GbpsのUSBでシステム開発を促進します.

お客様の最終製品にロイヤリティフリー組込めるので、小ロット、多品種、短納期のシステム(計測・制御機器等)開発に最適です.

DDR3メモリを採用して、高速で柔軟性のあるデータ処理を実現します

USBデバイスドライバ、制御ソフト(オープンソース)、FPGAのサンプル回路(HDL記述)を標準添付.USBインタフェースに関するソフト開発は不要です.

産業機器への組み込み、計測・制御機器の開発、画像・通信処理など、あらゆる場面でご利用いただけます.

USB経由でFPGAを瞬間コンフィグ(50ms前後)できるので、ボード運用中のFPGAデータ書き換えも可能です.

USB経由で高速で連続したデータ転送ができます.ボードに搭載したメモリ以上のデータを一度に転送できます(PCのHDD空き容量に依存).

 
 

AX-Card7:名刺サイズのFPGAボード

<AX-Card7 外観>

 


当社はザイリンクス社のアソシエイトパートナーです

 

 


システム概要

 高速インタフェースのUSB3.0とザイリンクス FPGA Artix7 を搭載したシステム開発のベースになるFPGAボードです. FPGAでは高速動作のできる論理回路や柔軟性のある論理回路およびトランシーバ回路を構成できます. 

 FPGA周辺回路として、4Gb-DDR3メモリ、大規模データを保存できる128MbitのシリアルFlashROMや、パラメータ等の小規模なデータを高速に保存できる2KbitのEEPROMと組み合わせて、様々なユーザ・アプリケーションに対応できます. 

 外部システム(基板)との接続には、ボード裏面(ハンダ面)にFPGAのIOを収容したメザニンコネクタ2個を使用します.FPGAのI/O機能を設定することにより、1.2V〜3.3Vのシングルエンド信号 (152本) またはLVDS信号 (74ch) として利用できます.右写真の黄色枠部分にはFPGAトランシーバ回路のRx/Txポートを収容しています.

 高速なUSB3.0インタフェース、大容量DDR3メモリ、高速I/Oを備えたことにより、高速・大容量データ処理が必要な広帯域データ処理アプリケーションにも、PCIeバスでなくUSBバスを利用したシステム開発ボードが適用できます.

 デスクトップPCだけでなく、ノートPCやタブレットでの開発・運用が可能です.
USB3.0により高性能なシステムの小型化が可能になり、システムの拡張性が容易に行えます.

 ボード単独での論理回路の評価はもちろんのこと、計測制御システムとしてボード本体にアナログ等の機能を備えた子基板を追加したり、ユーザ・システムの検査機器として、システムのベースとして利用できる構成です.

ボードには使いやすいリファレンス制御ソフトウエアを付属し、FPGAに設定したハードウエア・レジスタの制御や、メモリのリード/ライト、I2C制御など、GUIによる直感的な制御が可能です. 制御ソフトウエアは、ユーザ・カスタマイスができるようにオープンソース化しています.

【コンフィグデータの保護】
FPGAデータを保護するために、コンフィグデータの暗号化ができます.

SX-Card6との互換性】
コネクタ寸法は同じです.一部のピンアサインが異なりますが、共通のI/Oピンアサインを行うことで、同一の外部基板に接続することができます.

【システム拡張例】
画像処理、AD変換ボード、機器制御などへの拡張例があります.

<用途 : 小ロット、短納期、低コスト向けシステム開発に最適>
・ 計測制御機器の開発
・ 高速ADCを利用したデータ収集システム
・液晶パネル評価、検証
・システム検証機器のプラットフォーム
・データ収集システムのプラットフォーム
・ASIC/IPの評価・検証システム
・画像データ入出力ボード
・ワイヤレス通信のベースバンド処理

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FPGAボード ブロック図

<拡大>

<AX-Card7 コネクタ面>


ハードウェア構成
基板 W91 x H55 (mm) PbFree仕様 ハロゲンフリー基板  / Rev2.0
FPGA

ザイリンクス 社製 Artix7 シリーズ

XC7A100T-2FFG484C( LC数:162K、内蔵メモリ:11.7Mbit、DSPブロック:600個、CMT(PLL)数:8個、トランシーバ速度0.5G〜8Gbps)
USBコンフィグ時間は わずか 50ms  前後で完了(動作中のリコンフィグが可能です)

デバイス・スピードグレードが”2”なので、高速な回路動作が可能です.
内蔵メモリ(DPRAM)アクセス速度max.460MHz、LVDS(DDR SERDES)1.25Gbps、PLL入力min10MHz

・ コンフィグデータのCRCエラー検出機能
・ コンフィグデータの暗号化機能
・ FPGA
温度検出機能(JTAG)

USB3.0 コントローラ

サイプレス社製 CYUSB3014   SuperSpeed/High Speed/Full Speed 対応
FPGAと32bitデータバス(100MHz)でインタフェースしています.

コンフィグROM 128MbitシリアルFlashROM (Quad I/O)) : 
ザイリンクス製JTAGダウンロードケーブル等でプログラムします.暗号化機能をサポート.
サポートPLD ザイリンクス社製 CPLDシリーズ:
FPGAのコンフィグ機能をサポートします.ユーザが書き換えて利用することはできません.
メモリ(RAM)

4Gbit DDR3 : 4Gbitメモリ(マイクロン社製 MT41K512M8RH-125:E) 搭載
メモリ帯域 800MB/s、  Vivado付属のDDR3制御IPを利用できます.

メモリ(ROM)

128MbitシリアルROM (マイクロン社製 N25Q128A11EF840E) SPI互換、Quad I/O対応.
FlashROM(NOR): 画像データの様な大規模データやデータ生成等で利用できる繰り返しデータなどを
保存しておくことができます.

2KbitシリアルEEPROM:3線SPI対応 (93AA56BT)
システム起動時、終了時にパラメータ値など小規模なデータを不揮発性データとして格納できます.

電源

単一 +5V 外部給電. ユーザI/Oコネクタから+5V電源をボード外に出力できます.

FPGA未コンフィグ、USB3.0接続の状態で 消費電流 :310mA/5V
FPGAコンフィグ(DDR3アクセス)、USB3.0接続の状態で 消費電流 :610mA/5V

ケーブル給電だけでも動作が可能なUSB3.0対応FPGAボードです.

電源ポート DCジャック(最大3A)、 2pin電源コネクタ(最大10A) 
USB3.0 ポート

USB3.0 MicroUSB Type-B  (USB3.0運用時、最大900mA/5V給電が可能です)
 ※ USB2.0 MicroBケーブル接続によりUSB2.0 HighSpeedでの運用もできます.

シリアルポート I2Cポート 2ch (FPGAから直接制御できません.ホストPCから制御します.)
3.3V系-IF と 1.8V系-IF が利用できます.
ユーザI/O (高速コネクタ)

FPGAのIOピンと直結. 50Ω/100Ωインピーダンス整合済み.
ハンダ面に120ピン・コネクタ(メザニンコネクタ)を2個配置しています.
コネクタ毎にIO電圧をDipSWで個別設定できます.1.2V/1.5V/1.8V/2.5V/3.0V/3.3Vから選択.

・ シングルエンド信号として利用できるI/O: 152 本、  この他ADC専用ピン2入力(差動) 
または
・ LVDS(差動)信号として74ch構成できます (全ch出力や入力に切り替え可能です).

ユーザI/O (GPIO)

1.2V〜3.3V仕様スルーホール(2.54mmピッチ)、FPGAのIOピンと直結. 8本.
50Ω/100Ωインピーダンス整合済み. 差動信号として設定可能.

トランシーバI/O 

FPGAのIOピンと直結。 50Ω/100Ωインピーダンス整合済み.
入力・出力それぞれ4ch、専用クロック入力ピン 1ch 

外部接続用JTAGコネクタ JTAGポートを持つ外部システムとJTAGチェイン化ができます.5pin 1列ピンヘッダ(2.54mmピッチ)
JTAGは+1.8V系です.これ以外の電源系とチェイン化する場合は、電圧変換してください.
クロック入力コネクタ 極小BNCコネクタ(50Ω)、外部システムからクロック供給できます.
スイッチ類 汎用ディップスイッチ 4bit、汎用タクトスイッチ 1個
表示器類(汎用) LED 8bit() 
水晶発振器

100MHz(FPGAオンチップPLLで可変可能)-DDR3用クロックも100MHz系で制御できます.
3.3V系LVDS 予備搭載エリア2個、1.8V〜3,3V系CMOS 予備搭載エリア1個


ソフトウェア構成
USB3.0 インタフェース
  1. USB3.0 仕様準拠
    (USBコントロール/バルク転送対応)、Super Speed/High Speed/Full Speed対応.
  2. バイナリレベルですべてのデータを提供、ユーザがUSB仕様に基づいてドライバやファームウエアを開発する必要がありません.
  3. 専用APIを提供しているので、USBプロトコルの知識が不要です.
  4. USB3.0の実効データ転送レートは、PC仕様に依存しますが、平均して約350MB/sの転送レートを実現することができます

    ルネサス社のUSB3.0ホストICを採用したUSB3.0ポートでは、上記性能より PC→ボード方向で約15%転送レートが低下します.PC←ボード方向では、約5%程度低下します.
    高速性を求める場合は、チップセット内蔵タイプのUSB3.0ポートをご用意ください.


    ・汎用USBデバイスドライバ(WinUSB)
    ・ファームウエア (バイナリ供給) 
    ・アプリケーションソフト(オープンソース供給; ユーザカスタマイズが可能です)

USBファームウエアは、オンボードのシリアルROMにプログラムしています.ボードの機能向上の際には、USBファームウエア更新ユーティリティ"FirmWriter"を提供し、机上での簡単な操作でROMの書き換えが可能です.

対応OS、PC仕様
  • Windows 7/8/10 (32bit/64bit)対応 
  • Linux (Ubuntu12.10) 対応 (Windows版より30%程度低速になります)
  • USB3.0ポートを備えること
    (PCチップセット内にUSB3.0ホスト機能を内蔵するPC(USB3.0ネイティブ)で運用してください.PCIeバスに接続するIFカード等では性能が低下します.)
制御ソフトウエア
  • GUIベースの制御アプリケーション(RefApp7.exe)を標準添付しています.
    オープンソースのソフトウエアなので、カスタマイズも容易です.
    また、 インターネットから常に最新の制御ソフトを入手可能できます.
  • 制御ソフトウエアの機能は、こちらをご覧ください
  • コンフィグデータの暗号化機能

FPGA開発環境

ザイリンクスのWebサイトから無償の"Vivado WebPACK"をダウンロードし利用できます.


製品構成
AX-Card7/35C2 XC7A35T-2FGG484C搭載 標準価格:\92,000 (税別)   納期 在庫

(LC数:33.2K、内蔵メモリ:1.8Mbit、DSPスライス:90個、PLL数:4個)
トランシーバ性能 0.5Gbps〜6.25Gbps.  高速コネクタI/O本数122本
AX-Card7/100C2

XC7A100T-2FGG484C搭載 標準価格:\118,000 (税別) 納期 在庫

(LC数:101.4K、内蔵メモリ:4.8Mbit、DSPスライス:240個、PLL数:6個)
トランシーバ性能 0.5Gbps〜6.25Gbps. 高速コネクタI/O本数152本

Card7-AC

専用ACアダプタ 2A/5V 標準価格:\1,000

ボード付属品:ソフトウエアやハードウエア情報を収録したCD-ROM 1枚、 USB3.0ケーブル 1本
搭載するFPGAを変更することで上記型番以外でも対応できますので、お気軽にお問い合わせください.


資料
技術データベース Smart-USBPlus/Sigama製品ページ (FAQ) をご覧下さい。 
1台のPCで複数台のボードを制御する方法
FPGAコンフィグデータの暗号化
ボード仕様書

rev1.0 (PDF 1.3MB)

アプリケーションノート

SUA017 USBインタフェースプロトコル概要(USB制御IC−FPGA間 仕様) (PDF:1.3MB)

USB関連資料 Smart-USB製品の概要(pps)、 Smart-USB製品の概要(PDF)

ボードオプション
 
ADD-16B8
ADD-16B8
 
<8ch AD変換ボード>

型番 < ADD-16B8 > 価格: \125,000(税別)

AX-Card7に接続して8chのアナログ信号(最大5Vpp)を同時にAD変換し収集できます. ADC分解能 16bit サンプリング速度は1Mspsです.

Card-UNIV3をスタックして、5V-IOを同時に制御できます.

AX-Card7からは各ADチャネルをSPI(Max.75MHz)で制御します.


Card-UNIV2
Card-UNIV2
 
< コネクタ変換ユニバーサルボード>

型番 < Card-UNIV2 > 価格: \20,000 (税別)

AX-Card7のハイスピードコネクタ 2個を 2.54mmピッチの30pinMILコネクタ 6個に変換できます. この他、4桁-7セグ、8bit-LED、4極DipSW、4bit-タクトスイッチを装備し、ユニバーサルエリアで簡単な回路を構成することができます. 30ピンコネクタの内1個は、7セグ、SW、LED配線と共通です.

LVDS信号は30pinコネクタ2個(最大26ch)利用可能.

※AX-Card7トランシーバI/Oは利用できません.

2.54mmピッチの他に、電源ポートなどを実装できる5.08mmピッチのエリアと、2.0mmピッチのコネクタなどを実装できるエリアがあります.

※30ピンコネクタにより、市販のユニバーサルボードを追加接続できます.
※この状態でケースに収容し、オリジナル機器として再販売も可能です.

画像にカーソルを載せると、AX-Card7が接続したイメージになります.


Card-UNIV3



 

< コネクタ変換ボード 3  >

型番 < Card-UNIV3 > 価格: \12,000 (税別)

5V-CMOSインタフェースが求められるシステム開発に最適です.
SX-Card6のハイスピードコネクタ 2個を 2.54mmピッチの30pin MILコネクタ 2個に変換します. FPGAの48本のI/Oを5V対応のI/Oに変換することができます(5V振幅対応).FPGAのI/OをTI社のTXB0108デバイスを経由してコネクタに接続しています(オープンドレイン設定はできません、外部スイッチ等プルアップ/ダウン抵抗を利用するアプリケーションには適していません).

データレートは最大100Mbps(FPGA側I/O電圧=2.5V以上の場合)

AX-Card7にこのボードを接続しても、さらにCard-UNIV2ボードやADD-16B8ボードを接続することができます.左下の写真では上のボードから AX-Card7、Card-UNIV3、Card-UNIV2を接続しています.この場合、Card-UNIV2の30ピンコネクタ2個と、Card-UNIV3の30ピンコネクタ2個が共通の配線になります.

ボードに30pinコネクタ・オスを付属しています. ハンダ面にも部品面にもコネクタ(オスまたはメス)を実装できます.

基板サイズ:W91 x H65 (mm)


リドライバ機能付きUSB3.0コネクタ


 

< リドライバ機能付きUSB3.0コネクタ >

型番 < PSI-3000 > 価格: \7,000 (税別)

ホストPCとはUSB Type-Bコネクタで接続します. AX-Card7とはUSB Type-Aコネクタで接続します.

筐体のフロントパネルやバックパネル等に取り付けて使用します.筐体内では最大3mのUSB3.0ケーブル取り回しが可能です.

基板サイズ:W47 x H34 (mm)

 
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