LYNX基板 設計データ

LYNX試作基板と正式版の設計データです。
PDFの基板図は、配線が判別しやすいように塗りつぶしをしない状態で出力しています。


配布ファイル

EAGLE\
	lynx-de1.brd		: 基板図 DE1とLYNX基板の中継基板
	lynx-de1.sch		: 回路図 DE1とLYNX基板の中継基板
	lynx-de1_brd.pdf	: 基板図 PDF
	lynx-de1-bk.pdf		: 回路図 PDF

	lynx-sp3an-a3.brd	: 基板図 LYNX基板
	lynx-sp3an-a3.sch	: 回路図 LYNX基板
	lynx-sp3an-a3_brd.pdf	: 基板図 PDF(ベタフィルなし)
	lynx-sp3an-a3.pdf	: 回路図 PDF

	lynx-sp3an-proto-update.brd	: 基板図 LYNX試作基板
	lynx-sp3an-proto-update.sch	: 回路図 LYNX試作基板
	lynx-sp3an-proto-update_brd.pdf	: 基板図 PDF(ベタフィルなし)
	lynx-sp3an-proto-update.pdf	: 回路図 PDF

	sheet1.lbr		: 部品ライブラリ


アルテラのMegaWizardおよびザイリンクスのCORE Generatorで作成したファイルは、それぞれのツールが規定するライセンスに従います。

DVI TMDSエンコード/デコードのアルゴリズムはDDWGが権利を所有しています。
dvi_data_enc.vおよびdvi_data_dec.vは、DDWGが公開する仕様を基に実装したものです。
実用に際してはDDWGのライセンスに従います。

著者が作成したファイルは、基本的に"as-is"ライセンスです。
使用に際しての制約はありません。
ただし、使用の際に不具合が生じてもいかなる保証をもおこないません。



○ 基板概要

ザイリンクスのSpartan3AN XC3S50AN を搭載し、3系統のLVDS入出力と2系統のシングルエンド入出力を装備しています。

LVDSは接続用コネクタとしてDVI1とDVI2の2系統をHDMIコネクタ、SV2の1系統を20ピンボックスヘッダを使用しています。
DVI1とDVI2にはそれぞれLVDSを4組とシングルエンドを4本と電源用に+5Vを接続しています。
SV2にははLVDSを4組と電源用に+3.3Vを接続しています。
JP1とJP2は40ピンと50ピンのピンヘッダを使用し、シングルエンドで合計60本の信号線を割り当てています。

配線の都合上、DVI1はFPGAのLVDS端子に対して極性を反転して接続しています。
FPGAの入出力段で信号を反転することで対応します。

Spartan3A/ANは端子をLVDS入力として使用する場合はODT On Die Terminationを使用します。
TMDS入力として使用する場合にはODTが使用出来ないので、DVI入力対応となるコネクタ DVI2はTMDS入力用の終端抵抗を実装できるようにしています。

DVI2に終端抵抗を実装した場合は、TMDSD入力専用として使用してください。
終端抵抗を実装した状態では、LVDSとシングルエンドとして使用するには終端電圧と抵抗値が不適切です。

DVI2をDVI出力として使用する場合、SV3の1-2をジャンパーでショートして+5Vを供給します。
DVI入力の場合は2-3をショートします。

各コネクタの対応をまとめると次のようになります。
JP2をぞのきすべて入出力対応です。JP2は入力のみの端子があるので信号配置には注意が必要です。

                      LVDS出力 LVDS入力 TMDS出力 TMDS入力 シングルエンド 電源
DVI1 HDMIコネクタ      対応     対応     対応     -        対応 12        +5V
DVI2 HDMIコネクタ      対応     対応     対応     対応(*)  対応 12        +5V/- (**)
SV2  20ピン ボックス   対応     対応     対応     -        対応 10        +3.3V
JP1  40ピン ヘッダ     -        -        -        -        対応 28        +5V
JP2  50ピン ヘッダ     -        -        -        -        対応 32(***)   -

(*) 終端抵抗を実装してください。
(**) SV3 1-2 : +5V出力 / SV3 2-3 : SDA,SCLプルアップ用入力
(***) 入出力30、入力2

また、FPGAの空き端子と+電源3.3Vをピンヘッダ SV4,SV5,SV6 に接続してあります。
設定用のジャンパーSWや引き出しのSWなどに使用することができます。

Spartan3ANのコンフィグレーションはJTAGで行います。
JTAG ピンヘッダSV1 はHUMANDATA製 XCM-303と同じピン配置を採用しています。

FPGA内部電源用に比較的大容量のコンデンサを使用しています。
電源の再投入時にFPGAが正しくコンフィグレーションされない可能性があるので、PROG_BにはリセットICを接続して確実にコンフィグレーションが行われるようにします。

電源は40ピンコネクタもしくは電源コネクタに+5Vを供給します。

DVI1とDVI2には1Aの整流ダイオードを通して+5Vを供給しています。
SV2には+3.3Vを供給しています。SV2コネクタで1A程度まで使用できるよう、+3.3V用には多少大きめなレギュレーターを搭載しています。

Spartan3ANのI/O用電源は+3.3Vを使用します。
LVDSおよびシングルエンドのIOSTANDARD指定は+3.3Vです。
LVDS_25など+3.3V以外を使用するI/O設定はできません。


○ 使用部品

プリント基板は、EAGLE CADでデータを作成し、P板.COMで製造しました。

http://www.cadsoft.de/
http://www.p-ban.com/

以下の部品は、国内では小口の購入が難しいためDigi-Keyから購入します。

DVI1    HDMIコネクタ    FCI CONN RCPT HDMI TYPE A R/A 
DVI2    HDMIコネクタ    FCI CONN RCPT HDMI TYPE A R/A 
IC1     FPGA Spartan3AN XILINX XC3S50AN-4TQG144C IC SPARTAN-3AN FPGA 50K 144TQFP
IC2     74CBT3245       TI SN74CBTLV3245APWR IC LV OCTAL FET BUS SW 
QG1     OSC 3.3V        Connor-Winfield CWX813-50.0M OSC 50.0000MHZ 3.3V +-25PPM SMD
RG1     レギュレーター  STMicroelectronics LD1086D2M33TR IC REG LDO POSITIVE 3.3V 
RG2     レギュレーター  STMicroelectronics LD1117S12CTR IC REG LDO POS 800MA 1.2V

http://www.digikey.co.jp/

抵抗やコンデンサなどはリード部品を使用しているので、秋葉原の電子部品店などで購入可能です。
JP1,JP2は評価キット BLANCAなどと接続する場合は、ピンヘッダではなく高さ11.2mm程度のコネクタを使用します。
高さ10mmのコネクタではBLANCAの部品と干渉するため、半田付けする前にかならず状態を確認してください。

C1〜C18,C22     パスコン        0.1uF     秋月(*)
C19             電解コンデンサ  470uF     秋月
C20,C21         電解コンデンサ  220uF     秋月
D1              整流用ダイオード 1Aクラス 秋月
DONE,POW        LED                       千石(**)
IC3             74VHC125                  サトー(***)
IC4             リセットIC 3.3V  MICROCHIP TCM809RVNB  秋月
J1              DCジャック 2.1mm          秋月
J2              HDD電源コネクタ           千石
JP1             ピンヘッダ      2x20      秋月
JP2             ピンヘッダ      2x25      秋月
R1,R4,R10       抵抗1/6w        10k       秋月
R2,R3,R5,R6     抵抗1/6w        2k        秋月
R7〜R9          抵抗1/6w        220       秋月
R11〜R13        抵抗1/6w        470       秋月
RN1             抵抗アレイ      10K       千石
RN2,RN3         抵抗アレイ      50(未実装)
S1              プッシュスイッチ          千石
SV1,SV3〜SV6    ピンヘッダ                秋月
SV2             ボックスヘッダ            千石

(*) 秋月電子通商 http://akizukidenshi.com/
(**) 千石電商 http://www.sengoku.co.jp/
(***) サトー電気 http://www2.cyberoz.net/city/hirosan/jindex.html

○ J1,J2 電源コネクタ

+5Vを供給するためのコネクタです。

J1はセンタープラスの+5V ACアダプターを接続します。J2はPC用の電源を使用する場合に実装します。
DVI1,DVI2,SV2を使用する場合には、2A〜3A程度の電流容量を見込んだ方が良いでしょう。


○ POW,DONE LED

電源とFPGAのコンフィグレーション状態を示します。
POWは+5Vからレギュレーターで生成された+3.3Vで点灯します。
DONEはFPGAのコンフィグレーションが完了すると点灯します。


○ S1 プッシュSW

手動でリセットを行うためのスイッチです。

RST_N : P123


○ QG1 クロック

50MHzのクロックです。

SYSCLK : P59


○ Spartan3ANとコンフィグレーション

FPGAはザイリンクスのSpartan3AN XC3S50AN を搭載しています。
Spartan3ANは、ICパッケージ内にコンフィグレーション用のPROMを内蔵しています。
ICパッケージ内のPROMを使用するコンフィグレーションモードを選択する場合は、M2〜M0端子のR7〜R9を実装します。
R7〜R9を実装しない場合は、JTAGでFPGAをコンフィグレーションするモードとなります。

外付けのPROMには対応していませんので、他のコンフィグレーションモードは使用しないでください。

コンフィグレーションモード

        内蔵PROM    JTAG
M2      R9-実装     R9-未実装 
M1      R7-実装     R7-未実装 
M0      R8-実装     R8-未実装 

SV1 JTAGコネクタ

1 :GND
2 :TCK
3 :TDO
4 :TMS
5 :+3.3V
6 :TDI
7 :GND


○ DVI1,DVI2 HDMIコネクタ

DVI1とDVI2はXC3S5ANのバンク0を使用します。TMDS/LVDS/シングルエンド対応です。
基板上での専有面積を少なくするため、DVI-Dコネクタの代わりにHDMIコネクタを使用します。

DVI1はFPGAとHDMIコネクタとの配線の都合上、D2,D1,D0,CKの各差動信号ペアとHDMIコネクタの対応信号を反転して接続します。

DVI2はTMDSの入力にも対応出来るようにTMDS用の終端抵抗を実装できるようにしています。
終端抵抗を実装した場合はDVI入力専用で使用し、LVDS/シングルエンドとしては使用しないでください。
Spartan3ANはLVDSを使用する場合はODTが使えるので外付けの終端抵抗は不要です。

DVI1とDVI2のSCL,SDA,HPD,CEC信号はレベルシフターを介してHDMIコネクタと接続します。
SCLとSDAは2KΩでプルアップ、HPDは10KΩでプルダウンしています。
CECはプルアップ/プルダウンはしていません。

DVI1

1 :D2+  P143    L12N-0  2 :D2S  GND     
3 :D2-  P141    L12P-0  4 :D1+  P139    L11N-0  
5 :D1S  GND             6 :D1-  P138    L11P-0
7 :D0+  P135    L10N-0  8 :D0S  GND
9 :D0-  P134    L10P-0  10:CK+  P132    L09N-0
11:CKS  GND             12:CK-  P130    L09P-0
13:CEC  P111            14:RSV  -
15:SCL  P117            16:SDA  P116
17:GND  GND             18:+5V  +5V
19:HPD  P115

DVI2

1 :D2+  P120    L05P-0  2 :D2S  GND     
3 :D2-  P121    L05N-0  4 :D1+  P124    L06P-0  
5 :D1S  GND             6 :D1-  P126    L06N-0
7 :D0+  P125    L07P-0  8 :D0S  GND
9 :D0-  P127    L07N-0  10:CK+  P129    L08P-0
11:CKS  GND             12:CK-  P131    L08N-0
13:CEC  P110            14:RSV  -
15:SCL  P114            16:SDA  P113
17:GND  GND             18:+5V  +5V
19:HPD  P112

HDMI-DVI変換ケーブルを使用してDVI端子に変換した場合、対応する端子がないためCEC信号は未接続になります。
そのほかの信号線はDVI端子の対応する信号線に接続されます。

1Aの整流ダイオードを通して+5VをDVI1に供給します。
DVI2の+5V端子はSV3で動作を設定します。
SV3の1-2をショートした場合は、+5VをDVI2の+5V端子に供給します。
SV3の2-3をショートした場合は、DVI2の+5V端子をSCL,SDAをプルアップする電源入力として使用します。


○ SV2 20ピンボックスヘッダ

SV2はXC3S5ANのバンク2を使用します。TMDS/LVDS/シングルエンド対応です。
主にLVDS接続の液晶パネルを接続します。
液晶パネルを接続する場合にはN0/P0はクロックとして使用し、N1/P1〜N4/P4はデータとして使用します。
RGB各6ビットの液晶パネルの場合はN0/P0〜N3/P3、RGB各8ビットの場合はN0/P0〜N4/P4を使用します。
電源はコネクタから+3.3Vを供給します。1A程度まで使用可能です。

1 :+3.3V                2 :+3.3V
3 :GND                  4 :GND
5 :N0   P54     L08N-2  6 :P0   P55     L08P-2
7 :GND                  8 :N1   P51     L07N-2
9 :P1   P50     L07P-2  10:GND
11:N2   P49     L06N-2  12:P2   P47     L06P-2
13:GND                  14:N3   P48     L05N-2
15:P3   P46     L05P-2  16:GND
17:N4   P45     L04N-2  18:P4   P43     L04P-2
19:GND                  20:GND


○ JP1 40ピンヘッダ

JP1はXC3S5ANのバンク1,バンク2を使用します。JI1単体、もしくはJP2とともに使用し、シングルエンドのみ対応です。
信号の配置は評価キット BLANCAの映像信号コネクタに合わせてあります。

1 :+5V                  2 :GND
3 :RED7 P74             4 :RED3 P68
5 :RED6 P69             6 :RED2 P70     
7 :RED5 P75             8 :RED1 P76     
9 :RED4 P77             10:RED0 P78     
11:GND                  12:GND
13:GRN7 P79             14:GRN3 P82
15:GRN6 P83             16:GRN2 P84     
17:GRN5 P85             18:GRN1 P87     
19:GRN4 P88             20:GRN0 P90     
21:GND                  22:GND
23:BLU7 P91             24:BLU3 P92
25:BLU6 P93             26:BLU2 P96     
27:BLU5 P98             28:BLU1 P99     
29:BLU4 P101            30:BLU0 P102     
31:GND                  32:GND
33:DE   P105            34:VS   P103
35:HS   P104            36:VCLK P60     
37:GND                  38:--           
39:GND                  40:--           


○ JP2 50ピンヘッダ

JP2はXC3S5ANのバンク2,バンク3を使用します。シングルエンドのみ対応です。
JP1では信号線が不足する場合に使用します。
TINとRINは入力専用、他は入出力です。

1 :GND                  2 :GND
3 :TCLK P58             4 :RCLK P57
5 :TD0  P62             6 :RD0  P44     
7 :TD1  P42             8 :RD1  P41     
9 :TIN  P35             10:RIN  P33     
11:TD2  P32             12:RD2  P31
13:TD3  P30             14:RD3  P29
15:                     16:     
17:TD4  P28             18:RD4  P27     
19:TD5  P25             20:RD4  P24     
21:TD6  P21             22:RD6  P20
23:TD7  P19             24:RD7  P28
25:                     26:     
27:                     28:     
29:                     30:     
31:                     32:
33:TD8  P16             34:RD8  P15
35:TD9  P13             36:RD9  P12     
37:TD10 P11             38:RD10 P10     
39:TD11 P8              40:RD11 P7     
41:                     42:
43:TD12 P6              44:RD12 P5
45:TD13 P4              46:RD13 P3     
47:                     48:
49:GND                  50:GND          


○ SV4,SV5,SV6 4ピンヘッダ

XC3S5ANで各コネクタに配分されなかった信号をSV4,SV5,SV6に接続してあります。
ジャンパーSWや引き出しSWとして使用可能です。

SV4

1 :+3.3V
2 :NC1   P53 (IN)
3 :NC2   P63 (I/O)
4 :GND

SV5

1 :+3.3V
2 :NC3   P80 (IN)
3 :NC4   P97 (IN)
4 :GND

SV6

1 :+3.3V
2 :NC5   P140 (IN)
3 :NC6   P142 (I/O)
4 :GND

