Datasheet> 器件分类 > 半导体> 嵌入式处理器和控制器> M2S150TS-1FCSG536I

M2S150TS-1FCSG536I: 产品描述ARM® Cortex®-M3 嵌入式 - 片上系统 (SoC) IC series FPGA - 150K 逻辑模块 166MHz 536-CSPBGA（16x16）; 产品类别半导体嵌入式处理器和控制器; 文件大小1MB，共141页; 制造商Microchip(微芯科技); 官网地址https://www.microchip.com; 标准

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M2S150TS-1FCSG536I概述

ARM® Cortex®-M3 嵌入式 - 片上系统 (SoC) IC series FPGA - 150K 逻辑模块 166MHz 536-CSPBGA（16x16）

M2S150TS-1FCSG536I规格参数

参数名称	属性值
类别
厂商名称	Microchip(微芯科技)
系列	SmartFusion®2
包装	托盘
架构	MCU，FPGA
核心处理器	ARM® Cortex®-M3
闪存大小	512KB
RAM 大小	64KB
外设	DDR，PCIe，SERDES
连接能力	CANbus，以太网，I²C，SPI，UART/USART，USB
速度	166MHz
主要属性	FPGA - 150K 逻辑模块
工作温度	-40°C ~ 100°C（TJ）
封装/外壳	536-LFBGA，CSPBGA
供应商器件封装	536-CSPBGA（16x16）
I/O 数	293
基本产品编号	M2S150

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DS0128

Datasheet

IGLOO2 FPGA and SmartFusion2 SoC FPGA

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globally. Learn more at

www.microsemi.com.

51700128. 11.0 10/16

Contents

1 Revision History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

1.10

1.11

Revision 11.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Revision 10.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Revision 9.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Revision 8.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Revision 7.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Revision 6.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Revision 5.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Revision 4.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Revision 3.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Revision 2.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Revision 1.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 IGLOO2 FPGA and SmartFusion2 SoC FPGA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2.1

2.2

2.3

Device Status . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Electrical Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.3.1

Operating Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.3.2

Power Consumption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.3.3

Average Fabric Temperature and Voltage Derating Factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.3.4

Timing Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.3.5

User I/O Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.3.6

Logic Element Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

2.3.7

Global Resource Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

2.3.8

FPGA Fabric SRAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

2.3.9

Programming Times . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

2.3.10 Math Block Timing Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

2.3.11 Embedded NVM (eNVM) Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

2.3.12 SRAM PUF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

2.3.13 Non-Deterministic Random Bit Generator (NRBG) Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

2.3.14 Cryptographic Block Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

2.3.15 Crystal Oscillator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

2.3.16 On-Chip Oscillator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

2.3.17 Clock Conditioning Circuits (CCC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

2.3.18 JTAG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

2.3.19 System Controller SPI Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

2.3.20 Power-up to Functional Times . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

2.3.21 DEVRST_N Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

2.3.22 DEVRST_N to Functional Times . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

2.3.23 Flash*Freeze Timing Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

2.3.24 DDR Memory Interface Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

2.3.25 SFP Transceiver Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

2.3.26 SerDes Electrical and Timing AC and DC Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

2.3.27 SmartFusion2 Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

2.3.28 CAN Controller Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

2.3.29 USB Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

2.3.30 MMUART Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

2.3.31 IGLOO2 Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

DS0128 Datasheet Revision 11.0

iii

Figures

Figure 1

Figure 2

Figure 3

Figure 4

Figure 5

Figure 6

Figure 7

Figure 8

Figure 9

Figure 10

Figure 11

Figure 12

Figure 13

Figure 14

Figure 15

Figure 16

Figure 17

Figure 18

Figure 19

Figure 20

Figure 21

Figure 22

Figure 23

High Temperature Data Retention (HTR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Timing Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Input Buffer AC Loading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Output Buffer AC Loading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

Tristate Buffer for Enable Path Test Point . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

Timing Model for Input Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

I/O Register Input Timing Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

Timing Model for Output/Enable Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

I/O Register Output Timing Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

Input DDR Module . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

Input DDR Timing Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

Output DDR Module . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

Output DDR Timing Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

LUT-4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

Sequential Module . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

Sequential Module Timing Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

Power-up to Functional Timing Diagram for SmartFusion2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

Power-up to Functional Timing Diagram for IGLOO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

DEVRST_N to Functional Timing Diagram for SmartFusion2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

DEVRST_N to Functional Timing Diagram for IGLOO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

I2C Timing Parameter Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

SPI Timing for a Single Frame Transfer in Motorola Mode (SPH = 1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

SPI Timing for a Single Frame Transfer in Motorola Mode (SPH = 1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

DS0128 Datasheet Revision 11.0

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

Table 46

Table 47

Table 48

Table 49

Table 50

IGLOO2 and SmartFusion2 Design Security Densities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

IGLOO2 and SmartFusion2 Data Security Densities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Absolute Maximum Ratings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Recommended Operating Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

FPGA Operating Limits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Embedded Operating Flash Limits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Device Storage Temperature and Retention . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

High Temperature Data Retention (HTR) Lifetime . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Package Thermal Resistance of SmartFusion2 and IGLOO2 Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Quiescent Supply Current Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

SmartFusion2 and IGLOO2 Quiescent Supply Current (V

= 1.2 V) – Typical Process . . . . . . . 12

Currents During Program Cycle, 0 °C < = T

<= 85 °C – Typical Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Currents During Verify Cycle, 0 °C <= T

<= 85 °C – Typical Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

SmartFusion2 and IGLOO2 Quiescent Supply Current (V

= 1.26 V) – Worst-Case Process . . 13

Average Junction Temperature and Voltage Derating Factors for Fabric Timing Delays . . . . . . . . 14

Inrush Currents at Power up, –40 °C <= T

<= 100 °C – Typical Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Timing Model Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Maximum Data Rate Summary Table for Single-Ended I/O in Worst-Case Industrial Conditions . 19

Maximum Data Rate Summary Table for Voltage-Referenced I/O in Worst-Case

Industrial Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

Maximum Data Rate Summary Table for Differential I/O in Worst-Case Industrial Conditions . . . 20

Maximum Frequency Summary Table for Single-Ended I/O in Worst-Case Industrial Conditions . 20

Maximum Frequency Summary Table for Voltage-Referenced I/O in Worst-Case Industrial

Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Maximum Frequency Summary Table for Differential I/O in Worst-Case Industrial Conditions . . . 21

Input Capacitance, Leakage Current, and Ramp Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

I/O Weak Pull-up/Pull-down Resistances for DDRIO I/O Bank . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

I/O Weak Pull-Up/Pull-Down Resistances for MSIO I/O Bank . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

I/O Weak Pull-up/Pull-down Resistances for MSIOD I/O Bank . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

Schmitt Trigger Input Hysteresis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

LVTTL/LVCMOS 3.3 V DC Recommended DC Operating Conditions (Applicable to MSIO I/O

Bank Only) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

LVTTL/LVCMOS 3.3 V Input Voltage Specification (Applicable to MSIO I/O Bank Only) . . . . . . . 24

LVCMOS 3.3 V DC Output Voltage Specification (Applicable to MSIO I/O Bank Only) . . . . . . . . . 24

LVTTL 3.3 V DC Output Voltage Specification (Applicable to MSIO I/O Bank Only) . . . . . . . . . . . 24

LVTTL/LVCMOS 3.3 V AC Maximum Switching Speed (Applicable to MSIO I/O Bank Only) . . . . 24

LVTTL/LVCMOS 3.3 V Receiver Characteristics for MSIO I/O Bank (Input Buffers) . . . . . . . . . . . 25

LVTTL/LVCMOS 3.3 V Transmitter Characteristics for MSIO I/O Bank (Output and

Tristate Buffers) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

LVTTL/LVCMOS 3.3 V AC Test Parameter Specifications (Applicable to MSIO I/O Bank Only) . . 25

LVTTL/LVCMOS 3.3 V Transmitter Drive Strength Specifications for MSIO I/O Bank . . . . . . . . . . 25

LVCMOS 2.5 V DC Recommended DC Operating Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

LVCMOS 2.5 V DC Input Voltage Specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

LVCMOS 2.5 V DC Output Voltage Specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

LVCMOS 2.5 V AC Minimum and Maximum Switching Speed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

LVCMOS 2.5 V AC Calibrated Impedance Option . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

LVCMOS 2.5 V Receiver Characteristics (Input Buffers) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

LVCMOS 2.5 V Transmitter Characteristics for DDRIO Bank (Output and Tristate Buffers) . . . . . 27

LVCMOS 2.5 V AC Test Parameter Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

LVCMOS 2.5 V Transmitter Drive Strength Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

LVCMOS 2.5 V Transmitter Characteristics for MSIO Bank (Output and Tristate Buffers) . . . . . . 28

LVCMOS 1.8 V DC Recommended Operating Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

LVCMOS 1.8 V DC Input Voltage Specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

LVCMOS 1.8 V DC Output Voltage Specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

DS0128 Datasheet Revision 11.0

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