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XQ4013E-3CB191M 发布时间 时间:2025/10/30 3:25:49 查看 阅读:37

XQ4013E-3CB191M是Xilinx公司推出的一款航天级(Aerospace and Defense Qualified)现场可编程门阵列(FPGA)器件,属于Xilinx Q系列抗辐射FPGA产品线。该器件专为高可靠性、极端环境下的应用设计,例如卫星通信、深空探测、导弹制导系统和军事雷达等。XQ4013E基于Virtex-II架构的改进版本,采用0.15微米CMOS工艺制造,并集成了抗单粒子翻转(SEU)和抗总电离剂量(TID)的设计技术,确保在强辐射环境中稳定运行。该器件封装形式为Ceramic BGA(CB191),适用于需要长期可靠性和极端温度范围工作的应用场景。
  作为Xilinx Q系列的一员,XQ4013E-3CB191M具备完整的逻辑资源、块存储器(Block RAM)、数字时钟管理器(DCM)以及高性能I/O结构,能够支持复杂的数字信号处理任务和高速接口协议。其“-3”速度等级表示该器件具有较快的传播延迟和较高的工作频率能力,适合对时序要求严格的应用场景。此外,该器件通过了NASA和ESA等航天机构的认证,符合MIL-PRF-38535 Class V标准,具备卓越的抗辐射性能,能够在轨运行多年而无需维护或更换。

参数

型号:XQ4013E-3CB191M
  制造商:Xilinx (现属AMD)
  系列:Xilinx Q Series / Virtex-II
  逻辑单元数量:约130,000 门级等效
  查找表(LUTs):6,912
  触发器(Flip-Flops):6,912
  块RAM容量:324 Kb
  块RAM数量:36 块(每块9Kb)
  最大用户I/O数量:124
  I/O标准支持:LVTTL, LVCMOS, PCI, SSTL2, HSTL
  数字时钟管理器(DCM)数量:4
  工作电压:2.5V(核心),3.3V(I/O)
  工作温度范围:-55°C 至 +125°C
  封装类型:Ceramic BGA, 191引脚(CB191)
  辐射耐受性:>100 krad(Si) TID, SEL免疫
  速度等级:-3

特性

XQ4013E-3CB191M的核心特性之一是其卓越的抗辐射能力,这使其成为航空航天与国防系统中的关键组件。该器件采用了三重模块冗余(TMR)配置技术,并结合内置的ECC(错误检测与纠正)机制,有效防止由宇宙射线或太阳粒子引发的单粒子效应(SEE),特别是单粒子翻转(SEU)和单粒子闩锁(SEL)。其抗总电离剂量(TID)能力超过100 krad(Si),并且在高能粒子冲击下仍能保持功能完整性,满足LEO、MEO、GEO轨道及深空任务的需求。此外,该器件经过严格的筛选和测试流程,包括恒定加速度、温度循环、密封性测试和辐射鉴定试验,确保每一颗芯片都达到宇航级质量标准。
  另一个重要特性是其高性能逻辑架构。基于改进型Virtex-II平台,XQ4013E提供了丰富的可编程逻辑资源,包括多达6,912个查找表(LUTs)和相同数量的寄存器,支持复杂的状态机、算术运算和并行数据处理。片上嵌入式块RAM总量达324Kb,可用于实现缓存、FIFO、帧缓冲或小型程序存储,在不依赖外部存储器的情况下提升系统响应速度。四个数字时钟管理器(DCMs)支持时钟去抖、相位调整、频率合成和零延迟缓冲功能,允许设计者灵活地管理多时钟域同步问题,提高系统的时序裕量和稳定性。
  在I/O性能方面,该器件提供高达124个可配置用户I/O引脚,支持多种电平标准,包括LVTTL、LVCMOS、PCI、SSTL2和HSTL,便于与不同类型的外围设备进行接口连接。所有I/O均具备可编程驱动强度和上拉/下拉电阻选项,增强了信号完整性和兼容性。陶瓷BGA封装不仅提供了良好的热传导性能和机械强度,还保证了在剧烈振动和极端温变条件下的长期可靠性。此外,XQ4013E-3CB191M支持边界扫描测试(IEEE 1149.1 JTAG),方便生产测试和现场调试。

应用

XQ4013E-3CB191M广泛应用于对可靠性、耐用性和环境适应性要求极高的领域。在航天工程中,它常用于卫星上的星载计算机、姿态控制系统、遥测编码器和通信基带处理器,承担实时数据采集、加密解密、纠错编码(如Reed-Solomon、Turbo码)以及高速串行链路协议(如SpaceWire)的实现。由于其抗辐射特性,该器件也适用于深空探测器、火星车和月球着陆器等长期暴露于高辐射环境的任务平台。
  在国防系统中,XQ4013E-3CB191M被集成于雷达信号处理模块、电子战(EW)系统、惯性导航单元和军用无人机(UAV)的飞行控制计算机中。其高密度逻辑资源和快速时钟处理能力使其能够执行FFT、滤波、目标跟踪等数字信号处理算法,同时满足严格的实时性要求。此外,该器件还可用于构建安全通信设备中的可重构加密引擎,实现动态密钥管理和协议切换。
  在核能设施和高能物理实验装置中,该FPGA可用于辐射监测系统、粒子探测器前端读出电路和数据聚合节点,能够在强电磁干扰和电离辐射环境下持续稳定运行。尽管由于其高昂成本和较长交付周期不适用于商业消费类市场,但在关乎国家安全和人类探索边疆的关键系统中,XQ4013E-3CB191M依然是不可替代的核心元件之一。

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