7Z010 引脚功能详解

本文针对7Z010芯片，详细讲解硬件设计需要注意的技术点，可以作为设计和检查时候的参考文件。问了方便实用，按照Bank顺序排列，包含配置Bank、HR Bank、HP Bank、GTX Bank、供电引脚等。

参考文档包括：

ds187-XC7Z010-XC7Z020-Data-Sheet

ds190-Zynq-7000-Overview

ug585-Zynq-7000-TRM

ug865-Zynq-7000-Pkg-Pinout

ug933-Zynq-7000-PCB

ug470_7Series_Config

ug472_7Series_Clocking

ug480_7Series_XADC

目录

Bank 0（配置Bank，HR）

电源

XADC

 JTAG

配置

其他

Bank 34/35（HR，PL）

电源

普通IO

时钟IO

配置IO

XADC（Bank 35）

其他IO

Bank 500/501/502（HR，PS）

电源

时钟（Bank 500）

复位（Bank 500/501）

 电压参考（Bank 501）

DDR（Bank 502）

MIO（Bank 500/501）

MIO[15:0]

MIO[63:16]

电源

PS部分

PL部分

 硬件Checklist

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Bank 0（配置Bank，HR）

电源

1. VCCO_0：同K7

1V5/1V8/2V5/3V3可选，不支持1V2配置，因此也不支持1V2供电。

• 当VCCO_0=3V3或2V5时，CFGBVS也必须和VCCO_0保持一致；
• 当VCCO_0=1V8或1V5时，CFGBVS需要接GND；
• CFGBVS一般不需要上下拉电阻，直连就可以。

Virtex-7 FPGA比较特殊，非HT（Virtex-7 HT）器件的Bank 0和其他S/A/K系列相同，而Bank 14/15时HP Bank，仅支持1V8以下电平；Virtex-7 HT器件无CFGBVS引脚，仅支持1V8电平。

实际应用中，常用主SPI和主BPI模式来配置FPGA，涉及到Bank 0/14/15，三个Bank的VCCO需要保持一致，并且和外挂FLGASH的供电电压也要保持一致。

2. VCCBATT_0：同K7

FPGA内部加密模块供电，连接到外部电池，保证FPGA掉电时加密模块依然有电；若不使用加密功能，连接GND/VCCAUX；该引脚不受VCCO_0的限制。

DS187中规定电压范围为1V0~1V89，并没有明确规定时1V8/1V5还是1V2；

不使用加密功能时，建议接入VCCAUX（1V8）或GND。

实际应用中，一般直连GND。

XADC

1. VCCADC_0：XADC的模拟电源引脚，1V8供电，建议单独供电或通过滤波电路（电感等）连到VCCAUX上，不使用时也需要接VCCAUX；
2. GNDADC_0：XADC的模拟接地引脚，可以通过磁珠连接到系统GND，也可以连接到系统的模拟地上（此时不再需要额外的磁珠，系统模拟地应已处理），不使用时也需要接GND；
3. VREFP_0：参考电压基准（1.25V），可接外部基准（±0.2%或±9LSB/12-bit），也可采用内部基准（±1%或±41LSB/12-bit），不使用外部基准时连GNDADC_0；
4. VREFN_0：参考电压基准地，常连GNDADC_0；
5. VP_0vn_0：XADC专用输入引脚（专用时对比其他XADC模拟输入来说，该引脚不能用作普通IO,其他的都可以），不使用时连GNDADC_0；
6. DXP_0/DXN_0：内部温度二极管，结合外部温度监控电路可实现对FPGA芯片结温的监控，不用时接GNDADC_0。

 JTAG

1. TCK_0：测试时钟输入，连外部仿真器，建议加防静电措施（TVS管），含驱动电路时需注意保持默认高电平（输入侧加10kΩ上拉），IPU；
2. TMS_0：测试模式输入，连外部仿真器，建议加防静电措施（TVS管），含驱动电路时需注意保持默认高电平（输入侧加10kΩ上拉），IPU；
3. TDO_0：测试数据输出，连外部仿真器，建议加防静电措施（TVS管），级联时链接后级TDI_0引脚，IPU；
4. TDI_0：测试数据输入，连外部仿真器，建议加防静电措施（TVS管），级联时链接前级TDO_0引脚，IPU。

大多数应用中，不会涉及到多个FPGA，即使涉及到了，也不会级联，而是每个器件都会预留一个JTAG调试口。若涉及到多个FPGA基连的情况，常规的做法是多个FPGA共用TCK/TMS，前级TDO接后级TDI，需要考虑驱动能力、走线等因素。

配置

Zynq-7000的启动方式包括QSPI/SD卡/NAND/NOR四种主模式JTAG三种从模式（独立、EMIO、MIO三种方式，详见UG585-155页），实际应用中，绝大多数采用QSPI模式，进介绍该模式下的硬件设计方法。

1. INIT_B_0：该引脚刚上电时为低电平，直到初始化完成，变为高阻态，需要外接上拉电阻到VCCO_0（≤4.7kΩ），便能为高电平后开始采用M[2:0]引脚，执行后续操作；该引脚上电期间可以由外部强制拉低，以推迟FPGA配置过程（建议预留下拉电容的位置）；不建议将该引脚连接到FLASH的/RESET引脚上，因为各厂家的复位时间要求不同；
2. PROGRAM_B_0：重配置引脚，低电平触发配置数据清零并重新配置，下降沿启动复位，上升沿启动重配置，通过电阻（≤4.7kΩ）上拉到VCCO_0，建议通过开关连接到GND，以使能手动复位功能。上电时，PROGRAM_B一直拉低不会使器件一直保持复位状态，而应该通过拉低INIT_B来延迟器件配置过程；
3. CFGBVS_0：决定以Bank 0/14/15的点评标准，Bank 14/15仅适用于配置期间，连接VCCO_0代表2V5/3V3（Bank 0），连接GND代表1V8/1V5（Bank 0），Bank 14/15的电平需要和Bank 0匹配。Virtex-7 HT器件的Bank 14/15为HP Bank，仅支持1V8以下电平标准，CFGBVS不影响这两个Bank；Virtex-7 HT器件的Bank 0/14/15仅支持1V8电平标准，无CFGBVS引脚；
4. DONE_0：该引脚上的高电平代表配置完成，内涵10kΩ上拉电阻，外部可以不接，也可以接330Ω上拉电阻，以兼容之前系列器件。

其他

1. RSVDGND：保留引脚，悬空；
2. RSVDVCC[3:1]：保留引脚，接VCCO_0。

Bank 34/35（HR，PL）

电源

VCCO_34/35：可接1V2/1V5/1V8/2V5/3V3等多种电压，根据需要选择。

普通IO

Bank 34共32个普通IO；

Bank 35共10个普通IO。

时钟IO

1. SRCC：共2组4根时钟输入，可驱动BUFIO/BUFR/BUFG，不能连接BUFMR，单端时钟只能从_P引脚接入，且此时_N引脚不能再用做另一路单端时钟输入引脚，只能用作普通IO，不使用某个Bank的CC引脚功能时，该引脚可以用作普通IO；
2. MRCC：共2组4根时钟输入，可驱动BUFIO/BUFR/BUFMR/BUFG，单端时钟只能从_P引脚接入，且此时_N引脚不能再用做另一路单端时钟输入引脚，只能用作普通IO，不使用某个Bank的CC引脚功能时，该引脚可以用作普通IO。

配置IO

1. PUDC_B_14：低电平使能配置期间的IPU（所有SelectIO），高电平禁止，需要直连或通过电阻（≤1kΩ）连接VCCO_14/GND，当连接GND时，上拉有效的时刻和商店顺序有关，因为在器件里边，该信号需要经过一级驱动才能传递到上拉电阻使能端，因此在需要立即上拉的场合下，建议引脚和对应Bank电源之间加入外部上拉电阻。配置前和配置期间该引脚禁止悬空。

XADC（Bank 35）

1. AD0P/AD0N～AD15P/AD15N：16个模拟输入引脚，7Z010有全部16个通道；

其他IO

1. DQS：DDR专用DQS引脚；
2. VREF：DDR专用电压参考引脚。

Bank 500/501/502（HR，PS）

电源

VCCO_MIO0/MIO1：可接1V8/2V5/3V3等多种电压，由MIO[8:7]决定。

时钟（Bank 500）

1. PS_CLK_500：PS的输入时钟信号，根据DS191，频率范围为30～60MHz。

复位（Bank 500/501）

1.3. 上电复位：PS_POR_B_500

PS的上电复位信号，上电期间需要保持低电平，上电完成以后再释放。

从上电完成开始计时，有一个时间窗口，不允许PS_POR_B信号拉高，范围为TSLWMIN～TSLWMAX，该时间窗口和eFUSE、PLL使能有关，在禁用eFUSE且使能PLL条件下，范围为12～40ms。

实际应用中，建议在上电完成至少40ms后，再释放PS_POR_B信号，比如通过MAX706等信号来控制，可以达到良好的效果。

2. 外部复位：PS_SRST_B_501

PS的外部系统复位引脚，和PS_POR_B相比，不会影响断电，且不会重新采样BOOT_MODE引脚，调试时经常使用。

Xilinx规定，器件执行Boot代码期间，PS_SRST_B引脚不可置低，否则器件会锁死，因此该引脚需要先于PS_POR_B释放（拉高），需要通过设计来保证。

当Boot代码执行完成后，PS_SRST_B可以置低，触发器件复位。

3. 除了上述两种复位以外，还有系统软件复位（寄存器）、看门狗复位（溢出）、调试复位（JTAG）等，非硬件引脚触发的复位，不再介绍。

 电压参考（Bank 501）

1. PS_MIO_VREF_501：RGMII接收器电压参考引脚，不使用RGMII功能时，可以悬空（不属于IO），使用RGMII时，连接VCCO_MIO1/2，可以电阻分压来提供。

DDR（Bank 502）

该Bank为PS DDR专用Bank，当不使用DDR时，VCCO_DDR连接VCCPAUX，剩余引脚悬空（包含VREF/VRP/VRN）。

当使用DDR时，VCCO_DDR按需求选择1V2/1V5/1V8等电平，其余引脚按需求连接。

MIO（Bank 500/501）

MIO时PS的多功能引脚，用于启动、配置、接口等，下面进介绍不使用PS功能接口条件下、且使用QSPI FLASH启动情况下的硬件配置方法，其与应用情况不再介绍。

MIO[15:0]

MIO[15:0]主要用在两种情况，启动和配置：

1. 启动：由MIO[8:2]决定，包括Bank电平、PLL使能、启动方式、JTAG模式等，通过外接20k上下拉电阻选择，强烈建议预留JTAG方式（000）；

2. 配置：Zynq-7000 SoC支持单器件或双器件模式，单器件连接QSPI 0,8-bit双器件连接QSPI 0/1,4-bit双器件连接QSPI 0以及QSPI 1的片选。

 

若总线频率超过40MHz，需要使用MIO8作为时钟辉县（MIO8需要外接上下拉电阻）。

MIO[63:16]

 MIO[63:16]用作功能接口，如SPI/UART/CAN/I2C/USB等，按照如下表格选择，不用的引脚可以悬空。

电源

Zynq-7000系列SoC相比7系列FPGA多了PS部分，PL部分和7系列FPGA基本一致，且PS和PL相互独立，互不影响，可以分开设计。

PS部分

包含VCCPINT/VCCPAUX/VCCPLL/VCCO_DDR/VCCO_MIO0/VCCO_MIO1，后三种属于Bank电源，此处不再说明。

• VCCPINT：PS内逻辑供电电压，1V0；
• VCCPAUX：PS辅助供电电压，1V8；
• VCCPLL：PS PLL供电电压，1V8。

要求1：

VCCPLL在7Z010中仅一个引脚，需要0.47uF～4.7uF/0402电容滤波，且离得足够近；当由VCCPZUX供电时，需要串磁珠（120Ω@100MHz，0603），还需要10uF/0603电容滤波。

要求2：

上电时序：VCCPINT（1V0）先上电，VCCPAUX/VCCPLL（1V8）再上电，VCCO（DDR:1V2~1V8，MIO：1V8~3V3）最后上电，以减少上电浪涌且保持上电期间IO三态。若后两者电压值相等（即1V8，DDR选择DDR2），可以同时上电。

要求3：

下电时序：下电顺序和上电顺序相反，但是大部分情况下不能满足该要求，都是同时下电。

要求4：

Xilinx规定下电时，在VCCINT调到0V8之前，至少需要满足以下4个条件之一：

• PS_POR_B为低电平；
• PS_CLK输入参考时钟被禁止；
• VCCPAUX低于0.7V；
• VCCO_MIO0低于0.9V。

其中前两个条件比较容易满足，复位电路采用MAX706等看门狗芯片可以满足条件1，第二个条件需要参考晶振厂家给出的数据，一般来说或也能满足，后面两个条件在不采用电源管理芯片的情况下不好满足，建议不考虑。

要求5：

针对VCCO_MIO0=VCCO_MIO1=3V3的情况，VCCO_MIO0/VCCO_MIO1和VCCPAUX之间的压差高于2.625V的时间不能超过TVCCO2VCCAUX（125℃最大值300ms），以保证器件可靠性。

PL部分

包含VCCINT/VCCBRAM/VCCAUX/VCCO，VCCO属于Bank电源，此处不在说明。

• VCCINT：内核电源，1V0/0V95（-2LI）；
• VCCBRAM：BRAM供电电源，1V0/0V95（-2LI）；
• VCCAUX：辅助供电电源，1V8；
• VCCAUX_IO：专用于HP BANK的辅助电源，1V8/2V0（速率更高），详见UG471。

要求1：

上电顺序：VCCINT/VCCBRAM先上电，VCCAUX/VCCAUX_IO再上电，VCCO最后上电，若后两种电压相同，可以同时上电；

要求2：

下电顺序：下电顺序和上电顺序相反，大部分情况下都是同时下电。

要求3：

针对Bank 0和3V3 HR BANK的VCCO供电由如下限制：在上下电期间，VCCO和VCCAUX的压差高于2.625VV的事件不能超过TVCCO2VCCAUX（125℃最大典型值300ms）。

 硬件Checklist

序号	引脚名称	检查内容
POWER
1	VCCINT	内核电源（1V0）
2	VCCBRAM	BRAM电源（1V0）
3	VCCAUX	辅助电源（1V8）
4	VCCAUX_IO	IO辅助电源（1V8/2V0），2V0应用于更高速率应用
5	VCCO_34/35	1V5/1V8/2V5/3V3可选
6	VCCBATT_0	加密功能专用（电压：1V0~1V89），不用时接VCCAUX（1V8）或GND
7	VCCPINT	PS内核电源（1V0）
8	VCCPAUX	PS辅助电源（1V8）
9	VCCPLL	PS PLL电源（1V8），需要0.47uF～4.7uF/0402电容滤波。当连接到VCCPAUX时，需要穿120Ω@100MHz/0603磁珠，且10uF/0603电容滤波
10	VCCO_MIO0/MIO1	1V8/2V5/3V3可选，需要适配MIO[8:7]
11	VCCO_DDR	1V2/1V5/1V8可选
PL XADC
1	VCCADC_0	XADC模拟电源（1V8），串磁珠或接模拟电源，不用时接VCCAUX（1V8）
2	GNDADC_0	XADC模拟地，串磁珠或接模拟地，不用时接GND
3	VREFP_0	1V25外部基准（需滤波），或内部基准（GNDADC_0），不用时接GNDADC_0
4	VREFN_0	电压基准地，连接GNDADC_0
5	VP_0/VN_0	专用模拟输入引脚，不用时接GNDADC_0
6	AD[15:0]P/AD[15:0]N	可选模拟输入引脚，7010有全部16个通道
7	DXP_0/DXN_0	内部温度二极管正/负引脚，不用时接GNDADC_0
PL JTAG
1	TCK_0	测试时钟引脚，连仿真器的TCK引脚，建议加TVS
2	TMS_0	测试模式引脚，连仿真器的TMS引脚，建议加TVS
3	TDO_0	测试数据输出引脚，连仿真器的TDO引脚，可级联后级TDI，建议加TVS
4	TDI_0	测试数据输入，连仿真器的TDI引脚，可级联前级TDO，建议加TVS
PL Configuration
1	INIT_B_0	初始化完成引脚，低有效，外接4.7kΩ上拉至VCCO_0
2	PROGRAM_B_0	重配置引脚，低有效，外接4.7kΩ上拉至VCCO_0
3	CFGBVS_0	配置电平选择引脚，高电平（VCCO_0）对应3V3/2V5，低电平对应1V8/1V5
4	DONE_0	启动玩阿城引脚，含IPU（10kΩ），可以不外借330Ω上拉
5	PUDC_B_14	配置期间上拉使能引脚，外接1kΩ上拉，低电平使能上拉
PL Clock
1	SRCC	时钟输入引脚，不能连接BUFMR，单端时钟连接_P引脚
2	MRCC	时钟输入引脚，能连接BUFMR，单端时钟连接_P引脚
PL Memory
1	DQS	DDR等存储器的DQS引脚，接DDR的DQS引脚
2	VREF	输入参考电压引脚，用于含差分输入缓冲器的单端引脚，接参考电源
3	VRP/VRN	DCI功能引脚，VRN上拉VDDR，VRP下拉GND
PL Digital IO
1	IO_LXXY_#/IO_XX_#	仅用作普通数字IO，无其他复用功能
PL Clock
1	PS_CLK_500	PS输入时钟引脚，30～60MHz
PL Reset
1	PS_POR_B_500	上电复位引脚，上电完成至少40ms后释放
2	PS_SRST_B_501	挖补系统复位引脚（调试用复位），需要遭遇PS_POR_B释放
PL VREF
1	PS_MIO_VREF_501	RGMII接收器电压参考引脚，连接VCCO_MIO1/2，不用时悬空
PS MIO
1	PS_MIO[15:0]_500	启动、配置引脚，外接20kΩ上下拉，功能详见table 6-4/4-2
2	PS_MIO[63:16]_501	功能接口引脚，需软件配置，功能详见table 6-4/4-2
PS DDR
1	PS_DDR_CKP/CKN	DDR差分时钟
2	PS_DDR_CKE	DDR时钟使能
3	PS_DDR_CS_B	DDR片选
4	PS_DDR_RAS_B	DDR RAS控制
5	PS_DDR_CAS_B	DDR CAS控制
6	PS_DDR_WE_B	DDR写使能
7	PS_DDR_BA[2:0]	DDR Bank地址线
8	PS_DDR_A[14:0]	DDR行列地址线
9	PS_DDR_ODT	DDR终端阻抗控制
10	PS_DDR_DRST_B	DDR复位
11	PS_DDR_DQ[31:0]	DDR数据线
12	PS_DDR_DM[3:0]	DDR数据掩码
13	PS_DDR_DQS_P/N[3:0]	DDR差分数据线
14	PS_DDR_VRP/VRN	DDR DCI控制引脚，VRP下拉，VRN上拉，电阻值为电缆特性阻抗值*2
15	PS_DDR_VREF[1:0]	DDR接口参考电压，VCCO_DDR/2
Others
1	RSVDVCC[3:1]	保留引脚，连接VCCO_0
2	RSVDGND	保留引脚，悬空