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SX系列 FPGA 是 0.35um CMOS 製程，內部採用 Actel 公司專利的
sea of module 架構以及金屬層間(Metal to metal)反熔絲技術。相較於 MX 系列 FPGA，這是 Actel 公司第二代反熔絲 FPGA 的第一款。Actel 公司將其編號為 A54SX。

Sea of Module 架構

SX 內部有二種基本邏輯單元，C-cell

& R-cell，在晶圓的基層緊密排列成為

規則的陣列。C-cell 能夠實現任何4個

輸入訊號的組合邏輯運算，並具有輸入

反向控制。R-cell 是以一個簡化的 C-

cell 與一個正反器 flip-flop 串接而成。

這二種基本邏輯單元的小多工器結構，

可以達成較高的設計彈性，並且也有利

於 HDL 邏輯合成。

基本邏輯單元之間的互聯是利用晶圓基

層上方的三層繞線金屬網路，每一個基

本邏輯單元的輸入與輸出都連接到金屬

網路，金屬網路層之間的熔絲是否被燒

錄，決定了基本邏輯單元之間的互聯而

定。

由於繞線金屬網路不佔用晶圓基層，因

此 SX 可以充分利用晶圓基層來製作邏

輯單元，降低生產成本.

金屬層間反熔絲體積非常小，所以在 SX 內部可以容納綿密的金屬網路以供邏輯

單元之間的互聯。即使 SX 系列 FPGA 的基本邏輯單元使用率達到 100%，而且

約FPGA 封裝的接腳都已指定，依然可以互聯成功.

即使 SX 系列 FPGA 內部有充分的佈線資源，Actel 公司的佈局繞線軟體依然約

束了任何一個基本邏輯單元的輸出扇出上限為 24。這是為了避免輸出負載過大

束而降低性能，同時也可以避免局部區域的佈線擁擠。

A54SX16 與 A54SX16P

兩個成員的封裝腳位完全相容，兩者的差異有兩項：

A54SX16P 具有符合 PCI 匯流排規範的輸出入緩衝器，只要在佈局繞線軟體內選用 PCI compliant mode 即可。
A54SX16P 可以工作在單一 3.3 伏特電源的環境；A54SX16 需要額外提供 5 伏特電源。

SX 系列 FPGA 成員表

PART Number	A54SX08	A54SX16	A54SX16P	A54SX32
CAPACITY (GATES)	YES	YES	YES	YES
JTAG	-	-	YES	-
PCI COMPLIANT	-	-	YES	-
MAXIMUM I/O	130	177	177	249
DEDICATED FLIP-FLOPS	256	528	528	1080
ICOMBINATORIAL LOGIC CELLS	512	924	924	1800

低耗電性與高效能

先進的 CMOS 製程產品在工作時，傳輸訊號克服金屬連接點上的阻抗所造成的

功率消耗佔了整體功率消耗的 50% 以上，而且阻抗越大、訊號的傳播越慢。由

由於金屬層間反熔絲的阻抗很小，而且未燒錄的反熔絲不消耗電流，因此 SX 系

列 FPGA 可以兼顧低耗電、以及高速訊號傳輸。

高可靠度

金屬層間反熔絲被燒錄之後，金屬網路的連接關係就是永恆的，不受任何環境

因素影響，因此 MX 系列 FPGA 具有極高的可靠性。此外，MX 系列 FPGA

在供電後立即工作，具有即時性的優點。

高保密性

SX 系列 FPGA 擁有設計保密性的特殊優點，即使高解析度顯微鏡都難以辨識一

個金屬層間反熔絲是否已被燒錄。因此，無法自一個 SX 系列 FPGA 進行破解的

反向工程。Actel 公司的 FPGA 內部訊號即時分析儀能夠用以觀側 SX 系列 FPGA

內部任何一個基本邏輯單元的輸出動態變化。為了確保絕對的設計保密性，這

一功能可以藉由燒錄 SX 系列 FPGA 內部一個保密熔絲加以廢止。

工作電壓

SX 系列 FPGA 內部電晶體必須用3.3伏特供電，這是 0.35um 製程產品的特性。

供電的方式是施加電源在封裝的 VCCA 腳位。另外有兩組電源腳位，VCCI 與

VCCR，其設定請見下表。

Item	VCCA	VCCI	VCCR	Input Tolerance	Output Drive
A54SX08 A54SX16 A54SX32	3.3V	3.3V	5.0V	3.3V	3.3V
A54SX08 A54SX16 A54SX32	3.3V	3.3V	5.0V	5.0V	3.3V
A54SX16P	3.3V	3.3V	3.3V	3.3V	3.3V
	3.3V	3.3V	5.0V	5.0V	3.3V
	3.3V	5.0V	5.0V	5.0V	5.0V

介面特性

MX 封裝的接腳中除了電源、地線及少數特殊用途者外，均可讓用戶自由設計為

輸出接腳、或輸入接腳、或三態輸出接腳、或雙向接腳。

怖局繞線軟體會自動把未使用到的封裝接腳，設定為三態輸出。A54SX16P 具有

符合 PCI 匯流排規範的輸出入緩衝器，只要在怖局繞線軟體內選 PCI compliant

mode 即可。

內部的時鐘網路

SX 系列 FPGA 的每一個成員都有三個全域時鐘網路，其中二個是繞線式網路(

CLKA 與 CLKB)、一個是硬線式網路(HCLK)。繞線式網路是由佈局繞線軟體來決

定是否連接到設計使用到的 R-Cell，然而硬線式網路是在晶片生產的時候就已經

連接到全部的 R-Cell 了。

根據訊號的來源，有兩個方法來使用時鐘網路。如果訊號來自 SX FPGA 內部邏

輯單元的輸出，那麼用戶可以使用全域時鐘網路接入緩衝器 CLKINT 把訊號引入

時鐘網路 CLKA or CLKB。如果訊號來自 SX FPGA 輸入接腳，則用戶可以使用全

域時鐘網路輸入緩衝器 CLKBUF(or HCLKBUF)把訊號引入時鐘網路 CLKA、CLKB

(或 HCLK)。必須注意 HCLK 只能由 SX FPGA 輸入接腳以及 HCLKBUF 來使用，

不存在 HCLKINT 這種緩衝器。HCLK 網路另外一個限制是他只能連接到 R-cell

的 CLK 腳位。

基本上 HCLK 網路比 CLKA、CLKB 網路有較佳的性能，然而他的耗電比較大，所

以把 HCLK 網路指定給高負載的時鐘訊號是比較合適的做法。

使用CLKBUF 與 HCLKBUF 時，訊號必須從特定接腳輸入，所以 PCB 的設計必須

留意。

效能級別

SX 系列 FPGA 出廠時根據電器特性來篩選出四種不同的級別，分別為 -STD、

-1、-2、-3。

-3 的級別屬於特級品，以速度來衡量，其在最壞的工作環境下比 -STD 級別快

了35%。依此類推，-2 的級別在最壞的工作環境下比 -STD 級別快了25%；而

-1 的級別在最壞的工作環境下比 -STD 級別快了15%；至於 -F 的級別是屬於寬

鬆級品，其速度在最壞的工作環境下比 -STD 級慢了40%。

不同的效能級別在產品編號上註明，例如 A54SX16P-3PQ208C 表示封裝為

PQFP208 、屬於 -3 級別的商規 A54SX16P。

內部閘型電路 (Gated Latch)

Actel 第二代的反熔絲 FPGA 是採用 C-cell 來製作閘級電路(Gated latch)，而

採用 R-cell 來製作正反器型電路(Clocked Flip-flop)。Actel 建議用戶盡量採用

正反器型電路，以避免過度使用 C-Cell。