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FPGA内のショート

Spartan-6の従来バージョン(TKDN-SP6-ES)で、FPGA内がショートする現象

Spartan-6の従来バージョン(TKDN-SP6-ES)で、稀にFPGA内がショートする現象が発生しています。現在のところ、3名の方から報告をいただいております。

この現象が起こると、3.3Vと1.2VのラインがGNDにショートしたような状態になり、動作しなくなります。

このような状態になると、FPGAを取り換える以外の修復方法はございません。

 

状況としては

  • 3.3Vのラインと1.2Vのラインが、GNDに対して0.2〜2Ω程度の抵抗値しかなくなる。完全な0Ωではない。
  • その抵抗値は、たまに変わる。

原因について

この問題が起こる原因は全く不明ですが、特徴としては、

  • 基板のI/Oピンからケーブルなどを引き出している
  • 同一の方で2度発生する方もいれば、全く問題が起きない方もいる
  • 電源投入時に壊れるらしい

ということが挙げられます。

 

推定される原因ですが、

  1. 従来バージョン(TKDN-SP6-ES)の基板では、HSWAPENという端子がHレベルにプルアップされています。このため、FPGAがコンフィギュレーションされる前にはすべてのI/Oピンがハイインピーダンス状態になっています。様々なノイズが延長されたケーブルを伝わってFPGAのI/O端子に伝わり、電源投入時になんらかの悪影響を及ぼすのではないかと考えられます。
    しかし、起動前にI/O端子を指で触ったくらいでは破壊には至らないことが多いのも事実です。
     
  2. 非常に初期の従来バージョンでは、電源のコンデンサの容量が間違っていて、電源の立ち上がりに時間がかかることがあります。しかし、後期のバージョンでも現象は発生しているため原因とは考えにくいでしょう。
     
  3. 電源ICのリファレンス電圧のフィードバック部分に指や金属などが触れてしまい、過大な電圧が出力されることがあるかもしれません。これもあまり考えにくいでしょう。
     
  4. (お客様が)使用している電源が、電源投入時に過大な電圧を出してしまっている。
     
  5. 当社で製造する際に、基板を分離するときにFPGAに力が加わって、内部に破損が生じている。
     
  6. FPGAのコア電源の立ち上がりでオーバーシュートが発生しているため。

 

対策について

現在のところ、コンフィギュレーション前のI/Oがハイインピーダンスであるからという理由と、電源のオーバーシュートが原因である可能性が濃厚です。

 

電源のオーバーシュートについてはこちらのページをご覧ください。

しがたって、HSWAPENをGNDに接続してください。

HSWAPENは、基板裏面のR19の左側に出ています。この部分を近くのGND(C1の右側)に接続してください。

 

HSWAPENをGNDに接続

(クリックで拡大)

量産FPGA版(TKDN-SP6-16/TKDN-SP6-45)の対応

量産FPGA版(TKDN-SP6-16/45)では上記(3)の現象が起こりにくいよう、電源ICの敏感な部分が露出する面積を小さくしています。また、(5)の現象が起こらないようVカットではなくミシン目で基板を分離するようにしています。

電源のオーバーシュートについては量産版 RevAでも発生しています。対策方法はこちらのページをご覧ください。量産版 RevBでは発生していません。

 


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