FPGA电路板设计选型及设计思绪阐发

>2019-05-27 10:25:51 来源:elecfans
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如果你在采纳FPGA电路板设计方面的经验很有限或基本没有,那么在新的项目中应用FPGA的远景就十分堪忧——分外是如果FPGA是一个有1000个引脚的大块头。持续阅读本文将有助于你的FPGA选型和设计过程,而且有助于你规避很多难题。

 

选取一家供给商

你面对的第一个成就当然是供给商和器件的抉择。通常供给商决定偏向于你曩昔接触至多的那家——如果你是一名FPGA初学者当然另当别论了。或许这个决定早已由设计内部逻辑的工程师(也许便是你)根据认识的供给商或第三方IP及其本钱实现为了。

 

供给商的软件对象不嵊响到上述决定。下载并应用这些软件对象,不必要硬件就能将设计带入仿真阶段。这也是判断必要多大规模的FPGA的一种办法,条件是你的内部逻辑设计基本做完了。

 

要想知道FPGA的水有多深,必要多逛逛各家供给商的网站。如果你想从这些网站供给的海量(而且并不老是想象中那么清楚的)信息中有所劳绩,必需确保你有一整天空闲的光阴。Altera和赛灵思公司是在市场份额和前沿技术方面都遥遥抢先的两家公司。它咱咱们的器件应用内部设置设备摆设RAM,因此请求应用存放设置设备摆设数据的内部ROM来“启动”器件(两家公司也都有些小的非易失性CPLD类产品)。值得考虑的其它供给商另有Microsemi/Actel、莱迪思和赛普拉斯。它咱咱们的器件功效包含非常低的静态功耗、用于“即时开机”启动的基于ROM的设置设备摆设和模拟外设。

 

好了,至此供给商成就解决了。接下来是选取FPGA的系列和规模。供给商都邑将它咱咱们的产品细分成多个系列,通常以低端、中端和高端机能(和规模)如许的模糊概念加以区分。片上RAM必要多大?要多少DSP/乘法模块,或千兆位收发器?你可能必要通读一遍数据手册,找出诸如最大时钟频率和I/O时延等参数来帮助你抉择正确的系列。必要重申的是,拥有HDL代码是有很大帮助的,因为设计软件可以或许或许让你知道得当哪种器件,它咱咱们是否可以或许或许称心你的机能请求。

 

(来源:维基百科)

 

你的应用还可以或许或许从不改变PCB就能更新器件中受害。一些FPGA系列包含浩繁引脚兼容的器件,可以或许或许在必要时让你切换到更大(或更便宜和更小)的器件。只是要确保针对最少数目标引脚输入停止设计。

 

不要忘了考虑其它一些细节,比如如何为分歧的供电电压和I/O模范划分I/O组、PLL请求和DDR接口请求。

 

咱咱咱们必要更多的功率!

通常很难计算一块电路板请求的最大电流。但FPGA电源设计相当有技能。FPGA所需电流很大程度上取决于逻辑设计和时钟频率。同样一个器件在一个设计中可能只需0.5W,而在另外一个设计中可能高达5W。

 

开拓对象(或一个自力的程序或电子数据表)应该可以或许或许为给定设计供给功率预估值,但它咱咱们必要从你嵌竦煤芏喔郊有畔,此中一些可能只是有根据的推测。如果有FPGA开拓板,就应该无办法测量各种环境下的供电电流。一些开拓板甚至内嵌电流计显示器!只是要确保增长足够多的余量来应对设计更改和分外工艺/温度请求。

 

下面是“难题”可能会出现的时候:

● 做热阐发,并在必要时增长散热器。

● FPGA请求按顺序加电吗?(你的设计很容易出现5个或6个电源)

● 至少可能必要一个“安静的”电源,通常用于片上PLL。可应用LDO加上一些无源滤波器件。千兆位收发器电源也能从低噪声中受害。

● 确保你懂得FPGA在上电和初始化时在做什么事。很多器件在这个时候必要抽取很大的电流。

 

对付引脚及其它

接下来可以或许或许认真考虑引脚分派这件大事了。同样,如果你的逻辑设计已经到达可以或许或许被编译的阶段,就让设计软件来供给帮助吧,或至少在做电路板之前验证你分派的引脚是可行的。你当然已经处理过显著的资源,比如根据供电电压划分I/O组,确保诸如LVDS、SSTL或内部50Ω终端等“分外”引派柚兼容它咱咱们地点的组和供电电压。

 

但在很多器件中存在更深层次的微妙相干:在“不要在单端信号的2个IC绑定焊盘内放置差分对”,或“类似于参考电压的输入必需距离时钟信号至少3个焊盘远”等字里行间隐含着复杂的规矩。这些规矩很容易让人发疯。如果让人不堪忍受,就让设计软件为你指出违例吧。如果你不如许做,那么这些成就确定会让你疲惫不堪。

 

接地反弹或并发开关噪声(SSN)是另外一个考虑因素。因为FPGA的应用办法太多,所以供给商经常为最佳的场景设计电源分派计划。如果你的设计要充足发挥I/O功效,比接用数目很多的疾速同时开关输入,那么你可能必要“削减”实际可应用的引脚数目。尽量减小驱动和压摆率设置通常是一个好主意。设计软件也可能帮助停止SSN阐发。我认为减小SSN的一个技能是将未用引脚衔接到地,然后在设计文件中将它咱咱们设置为输入,驱动‘0’。这些引脚将被用作伪地引脚,虽然品格没有真实地好。

 

交付

如今是将凝集了你心血的产品交付给PCB版图设计的时候了。这里我不想深入讨论PCB设计(可以或许或许参考下面给出的一些文章),但会指出针对FPGA设计必要考虑的一些事项。

 

堆叠设计对任何复杂的电路板来说都很重要,而在最复杂的电路板中通常都能找到FPGA的身影。跟着500引脚芯片被认为是“中等规模”和赓续缩小的引脚间距,你可能必要十分留意走线逃逸图案、焊盘中的过孔、引脚地区内的去耦电容和电源与地平面。一定要有创造性。必要时可以或许或许分割电源平面(比灰乐垢咚走线)。如果足够小心,一些电源衔接(通常是局部的电源,如PLL电源)可以或许或许放在信号层上。将一些关键平面和信号放在最靠近FPGA的层。留意一些专门的版图建议,比如针对DRAM的一些建议。

 
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