FPGA的PCB板高速电路板设计

一、FPGA的高速电路板设计

PCB板的设计规模增大，IO传输问题也就出现。为了兼容其他高速模块，必须对PCB的设计进行优化。

电源滤波，降低系统噪声匹配信号线降低并行走线的噪扰减小反弹效应进行阻抗匹配

为了实现上述要求，可以采用的方法有：

（1）选择合适的材料

一般选用介电常数越小的材料，传输阻抗越小，传输损耗越小。Altera中给出了FR-4的高速报告，说明FR-4可以跑高速设计。但是，一般还是需要了解厂家的材料的信息，用于整个设计的阻抗计算。

（2）PCB上传输走线

有微带传输线布局（单一参考面）和带状传输线布局（双参考平面）两种，可以支持基本的设计。

（3）阻抗计算

在PCB板设计之初就做好阻抗的控制，保证后期有足够的时序余量。

（4）降低串扰和维持信号完整性的布线方法

在允许范围内，提高线距

临近地线，可以去耦合

差分布线，可以提高信号完整性

存在明显耦合，可以在不同层之间布设相互垂直的单端信号（这个目前不清楚咋做）

减小并线长度，减少长耦合走线

二、FPGA的电源供电

（1）供电要求

单调性：带电源爬升过程中单调非负斜率（下降则为非正），能够减小噪声。

软启动：FPGA启动时需要特定的电流，不能爬升的太快，每一级的电源达到预定状态需要时间。

最大最小爬升时间：最大爬升时间是保证不会久留于阈值电压附近，尽快达到逻辑电平。最小爬升时间保证不会出现浪涌电流状况。

敏感模拟元件：需要稳定的电压，不能有太大的电压波动存在。FPGA上的PLL就需要单独的线性电压源供电。

（2）Altera的供电策略

电源层尽量靠近FPGA，可以减少BGA过孔电感

将Transceiver作为布局最高优先级（高速收发器含有内部调制器、电流足够低、必须分配收发器关键轨道最高优先级这三种情况除外）

大电流电源轨道考虑：无高速收发器则大电流最高级，有则置于次优先级（核心电压则可以放于最远处）

PLL电源及其他电源：PLL作为第三级考虑，其他电源按需分配。

三、退耦电容

（1）退耦电容的作用

利用电容的谐振频率的极小范围实现滤波，将噪声去除。

（2）计算电容值

实际电容的计算比较复杂，可以使用软件自动计算。

（3）电容的摆放

退耦电容最好的摆放就是尽可能的靠近电源或者地，保证最小的阻值和最小的感抗。

编辑：黄飞