PCB Blog - fpga ボードのPCB設計

一、fpga ボードの高速回路基板設計

PCBボードの設計規模が大きくなり、IO転送問題も発生します。他の高速モジュールと互換性を持つためには、PCBの設計を最適化する必要があります。

1、電源フィルタリング、システムノイズの低減

2、整合信号線

3、並列引き廻しのノイズ低減

4、リバウンド効果の低減

5、インピーダンス整合を行う

上記の要件を達成するために採用できる方法は、

（1）適切な材料の選択

一般的に誘電率が小さい材料を選択すると、伝送インピーダンスが小さくなり、伝送損失が小さくなる。AlteraではFR-4の高速レポートが提供され、FR-4は高速設計を走れることを示している。しかし、一般的にはメーカーの材料の情報を理解し、設計全体のインピーダンス計算に使用する必要があります。

（2）PCB上伝送の引き廻し

マイクロストリップ伝送路レイアウト（単一参照面）とストリップ伝送路レイアウト（デュアル参照面）の2種類があり、基本的な設計をサポートすることができます。

（3）インピーダンス計算

PCBボードの設計当初からインピーダンスの制御を行い、後期に十分なタイミング余裕があることを保証する。

（4）クロストーク低減と信号完全性維持のための配線方法

1、許容範囲内で、線間距離を高める

2、接地線に隣接しており、非結合可能

3、差分布線、信号完全性を高めることができる

4、明らかな結合が存在し、異なる層の間に互いに垂直なシングルエンド信号を配置することができる

5、並列線の長さを減少し、長結合の引き廻しを減少する

二、fpga ボードの電源供給

（1）電力供給要求

1、単調性：電源付き上昇中の単調非負傾斜（降下は非正）、ノイズを低減できる。

2、ソフト起動：fpga ボード起動時に特定の電流が必要で、上昇できないのは速すぎて、各段の電源が所定の状態に達するのに時間がかかる。

3、最大最小リフト時間：最大リフト時間は閾値電圧付近に留まらず、できるだけ早く論理レベルに達することを保証することである。最小リフト時間は、サージ電流が発生しないことを保証します。

4、敏感アナログ素子：安定した電圧が必要で、あまり大きな電圧変動が存在してはいけない。fpga ボード上のPLLは、個別の線形電圧源から電力を供給する必要があります。

（2）Alteraの電力供給戦略

1、電源層はできるだけFPGAに近く、BGAビアインダクタンスを減らすことができる。

2、Transceiverをレイアウトの最高優先度とする（高速トランシーバに内部変調器、電流が十分に低く、トランシーバのキートラックの最高優先度を割り当てなければならない3つの場合を除く）。

3、大電流電源軌道の考慮：高速トランシーバがなければ大電流は最高級、あれば次優先度に置く（コア電圧は最も遠くに置くことができる）。

4、PLL電源及びその他の電源：PLLは第三級として考慮し、その他の電源は必要に応じて分配する。

三、デカップリング容量

（1）デカップリング容量の作用

キャパシタの共振周波数の極小範囲を利用してフィルタリングを実現し、ノイズを除去する。

（2）容量値の算出

実際の容量の計算は複雑で、ソフトウェアを使って自動計算することができます。

（3）容量の配置

デカップリング容量の最も良い配置は、できるだけ電源または接地に近く、最小のインピーダンス値と最小のインピーダンスを保証することである。

これがfpga ボードのPCB設計です。