FPGA選び

備忘録

FPGAベースのGPS受信機であるNamuru-Nanoも形になってきたので，
そろそろ次のステップを考えてみた．

1. Antenna diversityのためのマルチフロントエンド化
2. 専用基板の設計

ロケットの側面のように，全天が観測できないところにアンテナが
設置されても動作するように，最低でも3つのフロントエンドを
実装したい．こちらは，すでに動作が確認できているMAX2769や
SE4150Lのフロントエンド回路を増やすだけなので，問題ないだろう．

フライト品にするのであれば，評価ボードではなく，専用のFPGA基板が
欲しくなる．これまでの経験では，1チャンネルあたり1K LEを消費するので，
12チャンネル×3アンテナとなると40K LEは必要だ．

残念ながら，このサイズになるとフラットパッケージのFPGAはなく，
すべてBGAになってしまう．ついにBGAの基板設計に手を出さないと
いけないのか…

1mmピッチのBGAであれば，なんとかなりそうな気がする．I/Oはたいして
必要ではないので，256ピンのパッケージで十分だろう．サイズも
17mm×17mmで，大きすぎることはない．そうなると，AlteraではF256，
XilinxであればFTG256のパッケージになる．

そこから選ぶとなると，AlteraではCyclone IVかV，Xilinxであれば
Spartan-6かArtix-7になる．これらで何が違うかと調べてみたら，
Cyclone IVやSpartan-6は60 nm，Cyclone VやArtix-7は28 nmの
プロセスのようだ．

これらの内，256ピンパッケージを選べる最大のLE数は以下の通り．

Cyclone IV: EP4CE22, 22K LE
Cyclone V: 5CEA4, 49K LE
Spartan-6: XC6SLX25, 25K LE
Artix-7: XC7A100T, 101K LE

Cyclone VとSpartan-6は似たり寄ったりだが，Cyclone Vより
Artix-7の方が倍以上大きなFPGAを選ぶことができる．

20K LEもあれば，通常の12チャンネルGPS受信機には十分であるが，
マルチアンテナにするとなると，Cyclone VかArtix-7ということになる．

さて，Digikeyやmouserで値段を調べてみると，中間のスピードグレード
（7Nと-2）でEP4CE22が6,000円なのに対して，XC6SLX25が4,000円とお買い得．
5CEBA4F7は8,000円で，XC7A100Tは15,000円だった．Artix-7はXC7A100Tしか
取扱いが見つからなかったが，50K LEであれば，ざっくり半分くらいの価格なのだろう．

ちなみに，mouserはAlteraの正規販売店であるためか，「xilinx」で商品検索をすると，
Altera製品の紹介ページに飛ばされる鬼仕様．

DigilentのFPGA基板であるNexys 4は，XC7A100Tを搭載しているので基板設計の
参考になりそう．PMODのピンアウトを調べてみたら，JD10にクロック（MRCC）が
出ているので，試作にも使えそうだ．

FPGAに高速のDRAMやSRAMをぶら下げるのは設計が面倒なので，FPGAには相関器のみ，
信号処理は外部のマイコンという形にする予定．ZynqやCyclone V SoCにも興味があるが，
それはまた後で試そう．

こんなことを妄想しているときが，一番楽しいよね．

【追記】読んでいる．

Spartan-3E FT256 BGAパッケージ用の4層および6層の高速PCB設計

JAXA BGA/CGA 実装工程標準

【追記2】図書館から借りてきた．

Design Wave Magazine 2007年6月号



周辺の部品とFPGAのI/O端子の配列を自動に設定してくるえるpin swapの
機能は便利そうだ．残念ながらEagleのauto routerにはこの機能はないらしい．
しかし，Altium Designerのライセンスは趣味で買える値段じゃないな．