DS2316
Datasheet
40MX and 42MX FPGA
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About Microsemi
Microsemi Corporation (Nasdaq: MSCC) offers a comprehensive portfolio of semiconductor and system solutions for
aerospace & defense, communications, data center and industrial markets. Products include high-performance and
radiation-hardened analog mixed-signal integrated circuits, FPGAs, SoCs and ASICs; power management products;
timing and synchronization devices and precise time solutions, setting the world's standard for time; voice processing
devices; RF solutions; discrete components; enterprise storage and communication solutions, security technologies and
scalable anti-tamper products; Ethernet solutions; Power-over-Ethernet ICs and midspans; as well as custom design
capabilities and services. Microsemi is headquartered in Aliso Viejo, California, and has approximately 4,800 employees
globally. Learn more at
www.microsemi.com.
5172136. 16.0 8/17
Contents
1 Revision History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
Revision 16.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Revision 15.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Revision 14.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Revision 13.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Revision 12.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Revision 11.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Revision 10.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Revision 9.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Revision 6.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1
1
1
1
1
1
2
2
2 40MX and 42MX FPGA Families . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.1
Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.1
High Capacity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.2
High Performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.3
HiRel Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.4
Ease of Integration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Product Profile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ordering Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Plastic Device Resources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ceramic Device Resources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Temperature Grade Offerings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Speed Grade Offerings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
3
3
3
3
3
5
6
6
7
7
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
3 40MX and 42MX FPGAs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
3.1
3.2
General Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
MX Architectural Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
3.2.1
Logic Modules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
3.2.2
Dual-Port SRAM Modules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.2.3
Routing Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.2.4
Clock Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.2.5
MultiPlex I/O Modules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Other Architectural Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.3.1
Performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.3.2
User Security . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.3.3
Programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.3.4
Power Supply . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.3.5
Power-Up/Down in Mixed-Voltage Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.3.6
Transient Current . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.3.7
Low Power Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Power Dissipation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.4.1
General Power Equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.4.2
Static Power Component . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.4.3
Active Power Component . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.4.4
Equivalent Capacitance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.4.5
C
EQ
Values for Microsemi MX FPGAs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.4.6
Test Circuitry and Silicon Explorer II Probe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.4.7
Design Consideration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.4.8
IEEE Standard 1149.1 Boundary Scan Test (BST) Circuitry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.4.9
JTAG Mode Activation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.3
3.4
DS2316 Datasheet Revision 16.0
iii
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
3.12
3.4.10 TRST Pin and TAP Controller Reset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.4.11 Boundary Scan Description Language (BSDL) File . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Development Tool Support . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Related Documents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.6.1
Application Notes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.6.2
User Guides and Manuals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.6.3
Miscellaneous . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
5.0 V Operating Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.7.1
5 V TTL Electrical Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.3 V Operating Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.8.1
3.3 V LVTTL Electrical Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Mixed 5.0 V / 3.3 V Operating Conditions (for 42MX Devices Only) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.9.1
Mixed 5.0V/3.3V Electrical Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.9.2
Output Drive Characteristics for 5.0 V PCI Signaling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.9.3
Output Drive Characteristics for 3.3 V PCI Signaling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.9.4
Junction Temperature (T
J
) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.9.5
Package Thermal Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Timing Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.10.1 Parameter Measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.10.2 Sequential Module Timing Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.10.3 Sequential Timing Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.10.4 Decode Module Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.10.5 SRAM Timing Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.10.6 Dual-Port SRAM Timing Waveforms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.10.7 Predictable Performance: Tight Delay Distributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Timing Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.11.1 Critical Nets and Typical Nets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.11.2 Long Tracks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.11.3 Timing Derating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.11.4 Temperature and Voltage Derating Factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.11.5 PCI System Timing Specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.11.6 PCI Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Pin Descriptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
4 Package Pin Assignments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
DS2316 Datasheet Revision 16.0
iv
Tables
Table 1
Table 2
Table 3
Table 4
Table 5
Table 6
Table 7
Table 8
Table 9
Table 10
Table 11
Table 12
Table 13
Table 14
Table 15
Table 16
Table 17
Table 18
Table 19
Table 20
Table 21
Table 22
Table 23
Table 24
Table 25
Table 26
Table 27
Table 28
Table 29
Table 30
Table 31
Table 32
Table 33
Table 34
Table 35
Table 36
Table 37
Table 38
Table 39
Table 40
Table 41
Table 42
Table 43
Table 44
Table 45
Product profile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Plastic Device Resources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Ceramic Device Resources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Temperature Grade Offerings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Speed Grade Offerings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Voltage Support of MX Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Fixed Capacitance Values for MX FPGAs (pF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Device Configuration Options for Probe Capability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Test Access Port Descriptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Supported BST Public Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Boundary Scan Pin Configuration and Functionality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Absolute Maximum Ratings for 40MX Devices* . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Absolute Maximum Ratings for 42MX Devices* . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Recommended Operating Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
5V TTL Electrical Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Absolute Maximum Ratings for 40MX Devices* . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Absolute Maximum Ratings for 42MX Devices* . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Recommended Operating Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.3V LVTTL Electrical Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Absolute Maximum Ratings* . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Recommended Operating Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Mixed 5.0V/3.3V Electrical Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
DC Specification (5.0 V PCI Signaling)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
AC Specifications (5.0V PCI Signaling)
* . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
DC Specification (3.3 V PCI Signaling)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
AC Specifications for (3.3 V PCI Signaling)
* . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Package Thermal Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
42MX Temperature and Voltage Derating Factors (Normalized to T
J
= 25°C, VCCA = 5.0 V) . . . 40
40MX Temperature and Voltage Derating Factors(Normalized to TJ = 25°C, VCC = 5.0 V) . . . . . 41
42MX Temperature and Voltage Derating Factors(Normalized to TJ = 25°C, VCCA = 3.3 V) . . . . 41
40MX Temperature and Voltage Derating Factors (Normalized to TJ = 25°C, VCC = 3.3 V) . . . . 42
Clock Specification for 33 MHz PCI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Timing Parameters for 33 MHz PCI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
A40MX02 Timing Characteristics (Nominal 5.0 V Operation) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
A40MX02 Timing Characteristics (Nominal 3.3 V Operation) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
A40MX04 Timing Characteristics (Nominal 5.0 V Operation)
(Worst-Case Commercial Conditions, VCC = 4.75 V, T
J
= 70°C) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
A40MX04 Timing Characteristics (Nominal 3.3 V Operation)
(Worst-Case Commercial Conditions, VCC = 3.0 V, T
J
= 70°C) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
A42MX09 Timing Characteristics (Nominal 5.0 V Operation)
(Worst-Case Commercial Conditions, VCCA = 4.75 V, T
J
= 70°C) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
A42MX09 Timing Characteristics (Nominal 3.3 V Operation)
(Worst-Case Commercial Conditions, VCCA = 3.0 V, T
J
= 70°C) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
A42MX16 Timing Characteristics (Nominal 5.0 V Operation)
(Worst-Case Commercial Conditions, VCCA = 4.75 V, T
J
= 70°C) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
A42MX16 Timing Characteristics (Nominal 3.3 V Operation)
(Worst-Case Commercial Conditions, VCCA = 3.0 V, T
J
= 70°C) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
A42MX24 Timing Characteristics (Nominal 5.0 V Operation)
(Worst-Case Commercial Conditions, VCCA = 4.75 V, T
J
= 70°C) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
A42MX24 Timing Characteristics (Nominal 3.3 V Operation)
(Worst-Case Commercial Conditions, VCCA = 3.0 V, T
J
= 70°C) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
A42MX36 Timing Characteristics (Nominal 5.0 V Operation)
(Worst-Case Commercial Conditions, VCCA = 4.75 V, T
J
= 70°C) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
A42MX36 Timing Characteristics (Nominal 3.3 V Operation)
DS2316 Datasheet Revision 15.0
v
NXP MCU
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