Stratix II 군사용 온도 범위 지원
Stratix II FPGA는 뛰어난 신뢰성으로 폭넓은 온도 범위에 걸쳐 동작할 수 있는 매우 강력한 디바이스이다. 이 기술 개요는 적절한 배경 정보를 활용해 Stratix II 군사용 온도 범위를 위한 알테라의 지원을 기술할 예정이다. 또한 군사용 온도 범위 동작 전반에 걸쳐 Stratix II 디바이스 활용 방법과 데이터 스펙에 영향을 주는 동작할 때 제한사항에 대해서도 설명될 예정이다.
자료제공│알테라
군사용 애플리케이션을 위해 향상된 COTS(Commercial Off-The-Shelf) 디바이스를 제공하기 위한 알테라의 이니셔티브 일부로써, Stratix II 디바이스 제품군에 대한 온도 범위가 확장되어 군사 온도 범위(-55℃~125℃)에 걸쳐 동작을 실현할 수 있게 되었다. 이를 통해 군사용 프로그램은 상용화된 Stratix II FPGA를 이용함으로써 새로운 기술과 규모의 경제의 혜택을 볼 수 있다.
Stratix II FPGA는 뛰어난 신뢰성으로 폭넓은 온도 범위에 걸쳐 동작할 수 있는 매우 강력한 디바이스이다. 이 기술 개요는 적절한 배경 정보를 활용해 Stratix II 군사용 온도 범위를 위한 알테라의 지원을 기술할 예정이다. 또한 군사용 온도 범위 동작 전반에 걸쳐 Stratix II 디바이스 활용 방법과 데이터 스펙에 영향을 주는 동작할 때 제한사항에 대해서도 설명될 예정이다.
군사 온도 지원
군사 온도 동작은 온도 전체에 걸쳐 fMAX의 잠재적으로 증가된 편차를 보정할 수 있는 산업용 온도 동작에 대한 추가적인 타이밍 마진을 요구한다. 알테라 디바이스를 이용해, 증가된 타이밍 마진은 산업용 14개 부품을 이용해 설계를 컴파일링 함으로써 달성되며 Quartus II 소프트웨어에서 -55℃~125℃에 해당하는 온도 범위를 설정한다.
Quartus II 소프트웨어는 저속 코너에서 125℃를 위한 개별적인 타이밍 모델과 고속 코너에서 -55℃를 위한 개별적 타이밍 모델을 제공한다. 이 기법은 Stratix II 디바이스에서 군사용 온도 범위 동작의 제약을 준수할 수 있는 산업용 디바이스의 타이밍 마진을 증가시키기 위해 사용될 수 있다(표 1에서 제시). 특성화 결과는 군사용 온도 범위에 걸친 Stratix II 동작이 데이터 스펙의 산업용 I4 속도 동작의 군사용 온도 범위로 규정되며 아래 제시된 사항을 제외한 관련 오류로 한정된다.
*+125℃에서 최악의 경우 대기 전력은 +100℃에서 최악의 경우 대기 전력의 1.8배이다. 따라서, 주의 깊은 전력 분석과 열 관리가 요구된다. 군사용 온도 정전력의 경우, Stratix II PowerPlay Early Power Estimator 또는 Power-Play Power Analyzer 버전 6.1 혹은 그 이후의 버전이 사용되어야 한다.
*비-조정형 OCT(On-Chip Termin-ation)는 다음과 같이 한정될 것이다:
- 직렬 저항에 대해 ±40%
- 1.2V 직렬 저항에 대해 ±50%
*핫-소케팅 DC 제한은 350 μA로 상승된다.
*I/O FMAX는 모든 I/O 표준에 대해 C5 스펙의 15% 미만이다
*LVDS I/O 2.5V 최소 VOCM은 1.1V이며, 최소 VOD는 240mV이다.
Stratix II PLL 셋팅
버전 7.2로 시작하는 Quartus II 소프트웨어는 PLL을 위해 군사용 온도 범위 동작을 완벽하게 지원한다. 컴파일러는 PLL이 군사용 온도 범위에 대해 정확하게 동작할 수 있도록 보장하기 위해 다음 제한을 따르는 PLL 셋팅을 구현할 것이다.
altpll MegaWizard는 군사용 온도 범위 동작을 지원하기도 한다. 맞춤형 altpll 메가펑션(Megafunction)을 구축하는 한편, "군사용 온도 범위 디바이스만 사용하기"라는 확인란을 점검함으로써 군사용 온도 범위 동작을 나타낸다.
레퍼런스로써, 다음은 군사용 온도 범위 동작을 위한 PLL 셋팅 제한이다.
*M 카운터가 3과 19사이에 있다는 것을 보장한다. 그리고:
- M = 3 or 4, ICP must be >= 36μA의 경우
- M = 5 or 6, ICP must be >= 52μA의 경우
- M = 7, ICP must be >= 57μA의 경우
- M = 8 or 9, ICP must be >= 72μA의 경우
- M = 10, ICP must be >= 77μA의 경우
- M = 11 or 12, ICP must be >= 92μA의 경우
- M = 13 or 14, ICP must be >= 110μA의 경우
- M = 15, ICP must be >= 114μA의 경우
- M = 16, ICP must be >= 127μA의 경우
- M = 17, ICP must be >= 131μA의 경우
- M = 18 or 19, ICP must be >= 144μA의 경우
*PFD(Phase Frequency Detector) 입력 주파수가 25MHz 이상이거나 동일하며 PLL의 대역폭의 8배 이상이라는 것을 보장한다.
- PFD 입력 주파수는 N카운터로 나눠지는 PLL 입력 주파수(fIN)로 정의된다.
- PFD가 8배 규칙을 준수하지 않을 경우, PLL에 대한 fIN을 증가시켜야 되거나 N 카운터를 감소시켜야 된다. 일반적으로, 이러한 PLL 제한은 이용 가능한 입력/출력 주파수 결합을 감소시킬 것이며(제한된 M 카운터 선택 때문), PLL 대역폭 범위를 감소시킬 것이다(제한된 충전 펌프 전류 선택 때문). 더욱 낮은 대역폭은 달성하기 더욱 어려울 것이다.
결론
이러한 가이드라인은 군사용 온도 범위(125℃ 및 -55℃)에 대한 생산 실리콘 샘플에서 Stratix II 디바이스의 추가적인 특성화를 통해 결정되어 왔으며, 이 같은 특성화는 설계에 따라 군사용 온도에 대한 정확한 동작을 시연한다. 산업 등급의 디바이스의 생산 테스트는 100℃에서 수행된다.
Arria GX 개발 키트
디자인 개발 및 테스트 환경 제공
최근 알테라는 트랜시버 기반의 저가형 FPGA 중 유일하게 위험부담이 없는 제품인 Arria GX FPGA 제품군을 위한 최초의 개발 키트를 공급한다고 발표했다. Arria GX FPGA 개발 키트는 고속 시리얼 인터페이스를 구현하는 디자인을 개발하고 검증하는데 필요한 완전한 환경을 제공한다.
저가형 시리얼 I/O 디자인을 위한 뛰어난 신호무결성을 제공하는 이 개발 키트는 시스템 디자이너들이 상당한 비용을 절감하면서 전체 설계 시간을 대폭 감소시킬 수 있도록 만든다. 이 개발 키트는 시스템 설계 엔지니어들이 자신들의 보드 디자인을 위한 출발점으로 사용할 수 있다.
PCI Express(PCIe) 폼 팩터 카드에 구성된 이 Arria GX 개발 키트는 저렴한 도터 카드(Daughtercard - 주기판 위에 추가로 붙는 소형 카드)를 간단히 추가함으로써 x1 및 x4 PCIe 는 물론 Serial RapidIO(SRIO)와 최대 2.5Gbps의 Gigabit Ethernet(GbE)에 최적화된 디자인을 목표로 하고 있다.
Arria GX FPGA 개발 키트는 RoHS규격에 부합한다. 또한 60,000개의 LE(Logic Element), 350개의 사용자 I/O 핀, 그리고 8개의 수신기 채널을 가진 Arria GX EP1AGX60DF780C6N FPGA가 탑재된 개발 보드 외에 추가적으로 4배속 PCIe 에지 커넥터, HSMC(High-speed mezzanine connector), 233MHz에서 동작하는 32-Mbyte x16 DDR2 SDRAM, 시스템 설정 및 제어 행위를 에뮬레이션할 수 있는 Quartus II 웹 에디션 디자인 소프트웨어, PCIe 레퍼런스 디자인 및 매뉴얼 전체가 수록된 Arria GX 에디션 CD-ROM, PCIe(1배속, 4배속) 컴파일러, GbE 및 SRIO를 포함하는 OpenCore Plus IP 메가 함수 지원 등이 포함되어 있다.
<자료제공: 월간 반도체네트워크 2007년 12월호>