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DS0128 Datasheet IGLOO2 FPGA and SmartFusion2 SoC FPGA Microsemi Corporate Headquarters One Enterprise, Aliso Viejo, CA 92656 USA Within the USA: +1 (800) 713-4113 Outside the USA: +1 (949) 380-6100 Fax: +1 (949) 215-4996 Email: sales.support@microsemi.com www.microsemi.com © 2016 Microsemi Corporation. All rights reserved. Microsemi and the Microsemi logo are trademarks of Microsemi Corporation. All other trademarks and service marks are the property of their respective owners. Microsemi makes no warranty, representation, or guarantee regarding the information contained herein or the suitability of its products and services for any particular purpose, nor does Microsemi assume any liability whatsoever arising out of the application or use of any product or circuit. The products sold hereunder and any other products sold by Microsemi have been subject to limited testing and should not be used in conjunction with mission-critical equipment or applications. Any performance specifications are believed to be reliable but are not verified, and Buyer must conduct and complete all performance and other testing of the products, alone and together with, or installed in, any end-products. Buyer shall not rely on any data and performance specifications or parameters provided by Microsemi. It is the Buyer's responsibility to independently determine suitability of any products and to test and verify the same. The information provided by Microsemi hereunder is provided “as is, where is” and with all faults, and the entire risk associated with such information is entirely with the Buyer. Microsemi does not grant, explicitly or implicitly, to any party any patent rights, licenses, or any other IP rights, whether with regard to such information itself or anything described by such information. Information provided in this document is proprietary to Microsemi, and Microsemi reserves the right to make any changes to the information in this document or to any products and services at any time without notice. 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. 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 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 1 2 2 2 2 2 3 3 3 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 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 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 (VDD = 1.2 V) – Typical Process . . . . . . . 12 Currents During Program Cycle, 0 °C < = TJ