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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 (Spartan7)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2面採用して、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.

ユーザI/O 200本 で外部基板との接続性を向上

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).

 
 

<SX-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 Spartan7 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開発には、Vivado HL WebPACK Editionツールを利用できます.

 FPGA周辺回路として、4Gb-DDR3メモリを2面、小規模データ用に16Kb-FRAMがあります.

 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 (200本) またはLVDS信号 (96ch) として利用できます.

 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.

 各種オプションボードを追加して、すぐにシステム開発が行えます.
1. コネクタ変換ボード#2 (2.54mmピッチ 30pinコネクタに変換)
2. コネクタ変換ボード#3 (2.54mmピッチ 30pinコネクタに変換、5V-IO)
3. 8ch同時サンプリング 1MSps 16bit AD変換ボード 
4. 4ch同時サンプリング 50MSps 14bit AD変換ボード('20.3月リリース)

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>

SX-Card7 

<SX-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  / Rev1.0
FPGA

ザイリンクス 社製 Spartan7 シリーズ

XC7S75-2FGGA676C ( LC数:76.8K、内蔵メモリ:3.2Mbit、DSPブロック:140個、CMT(PLL)数:8個)

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(FIFO)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   Super Speed/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)) : MX25U12835FZ2I-10G
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.
JTAGポート 1.27mmピッチ10pin 独自仕様のため、変換ケーブル(mini-J)が必要です. 
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)

8Gbit DDR3  : 4Gbitメモリ(マイクロン社製 MT41K512M8RH-125:E) 2個 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)

16KbitシリアルFRAM:3線SPI対応 (FM25L16B-DGTR   max.20MHz)
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.
2pinコネクタ(molex:53426-0210)から給電します.

FPGA未コンフィグ、USB3.0接続の状態で 消費電流 :270mA/5V
FPGAコンフィグ(DDR3アクセス)、USB3.0接続の状態で 消費電流 :680mA/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  2pin電源コネクタ(最大8A ※使用する電線で容量が決まります) 
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〜5V-IF と 1.8V〜5V-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: 200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96ch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)

3.3V仕様スルーホール(2mmピッチ)、FPGAのIOピンと直結. 4本.

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.
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.3.3V系.
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 4bit() 
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 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 HL WebPACK Edition"をダウンロードし利用できます.


製品構成
SX-Card7/75C2 XC7S75-2FGGA676C搭載 標準価格:\140,000 (税別)   納期 在庫
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DVD-ROM 1枚、 USB3.0ケーブル 1本


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

rev1.2 (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
 
mini-J 


 

< JTAG変換ケーブル >

型番 < mini-J > 価格: \2,000 (税別)

Xilinx JTAGダウンロードケーブルコネクタ(2.0mmピッチ 14pin)を
1.27mmピッチ 10pinに変換します.

コンフィグROMへのプロフラムや、ILA等のロジックアナライザ機能を利用する際に必要になります.


 
 
HSAD50
 
<4ch 高速AD変換ボード>

型番 < HSAD50 > 価格: \84,000(税別)

SX-Card7に接続して4chのアナログ信号(最大2Vpp)を同時にAD変換し収集できます. ADC分解能 14bit サンプリング速度は最大50Mspsです.

SX-Card7とのIFはLVDS(SERDES 700Mbps/ch)です.

ボード仕様書

 
ADD-16B8
ADD-16B8
 
<8ch AD変換ボード>

型番 < ADD-16B8 > 価格: \125,000(税別)

SX-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.

SX-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: \22,000 (税別)

SX-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(21本).

実質175本を自由に利用できます、この内、LVDS信号は30pinコネクタ2個(最大26ch)利用可能.

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.

 


Card-UNIV3



 

< コネクタ変換ボード 3  >

型番 < Card-UNIV3 > 価格: \14,000 (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TXS0108E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可能、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対応).

データレートは最大60Mbps(FPGA側I/O電圧=2.5V以上の場合)
オープンドレインの場合最大2Mbps

SX-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 SX-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. SX-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:W34 x D47 (mm)

 
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