FPGA設(shè)計時需要注意的內(nèi)容

有幾個方法可以減小SSN。有些器件只需通過限制I/O標準的選擇就可簡化這個問題，但不是所有器件都能這么做。一些供應商建議將高速總線輸出分布到整個裸片上，如果SSN是你唯一關(guān)注的問題，那么這絕對是一個很好的建議。不過，如果按照這個建議去做，有2個基本問題將會冒出來。

首先，這可能會帶來下游布通性問題，因為將信號散布到整個裸片上經(jīng)常會引起更多的走線交叉。而這就導致需要更多的信號布線層。其次，大多數(shù)設(shè)計在散布信號前也要求進行仔細研究，因為當一個總線散布到特定的塊或區(qū)外時會引起塊/區(qū)間的兼容性問題。因此，如果你能在考慮布通性的同時，小心地將一個較小的總線分布到一個或兩個塊/區(qū)域內(nèi)，那么系統(tǒng)將會工作得很好。

如果你被一個具有相鄰高速切換輸出的設(shè)計所困擾，有好幾種技術(shù)能幫助你解決潛在的SSN問題。首先對你的設(shè)計進行合適的布局和去耦合。對于去耦合，使用距離盡可能近的電源和地平面對，中間用一個SMT電容隔開。使用SMT電容進行去耦合也有助于減小電感，而電感是產(chǎn)生系統(tǒng)噪聲的一個主要因素。

如果你仍然覺得需要使用去耦電容(為了減小SSN)，應該使得這些電容的位置盡可能靠近高速輸出引腳。Altera的一項研究發(fā)現(xiàn)，如果這些電容到引腳的距離大于1英寸，在使用適當?shù)腟MT電容去退耦時，這些電容變得效率極低。其他減小SSN或者其可能產(chǎn)生影響的建議包括：避免將敏感信號(復位、時鐘和使能等)位于SSO附近；可能時，使用較小偏移的輸出和使用最低電感的過孔；通過在合適位置插入延時使得輸出信號交替出現(xiàn)。即使已經(jīng)完成了PCB的生產(chǎn)，這個建議仍然可以應用。

參考將被連接到FPGA上的器件的相關(guān)資料。對于每個器件，確定最大輸入低電壓門限(單位毫伏)。這是FPGA驅(qū)動該器件需要的最大電壓，所以該設(shè)備仍然可以檢測到一個有效邏輯低狀態(tài)(最大VIL值)。同樣，還要確定器件可以容忍且能繼續(xù)工作的最大輸入負脈沖信號(單位毫伏)。

在某些情況下，最大容許的地反彈可能不是或者不僅是以上給出的值。而是要通過獲得最大輸入低電壓門限的最小值、最大輸入負脈沖信號、或者所有器件的最大地反彈來確定最大的系統(tǒng)地反彈。

然后，根據(jù)具有相似負載特點的網(wǎng)絡(luò)連接的數(shù)目和種類對類似的FPGA總線進行分組。接著研究每個部分、區(qū)域或者塊的電源和接地引腳數(shù)目，還有對于所使用的每個I/O標準，每個電源和接地管腳對所允許的SSO數(shù)目。這些數(shù)目可以用于計算每個組的總電容負載和每個輸出驅(qū)動的電容，以確定可以容忍的SSO最大值。

你也應該咨詢供應商以確定基于每個塊和每一對塊你是否超過了推薦的SSO數(shù)目，前提是供應商已經(jīng)研究了這些問題。同時，因為有多個因素會導致SSN，所以最好建立一個具有內(nèi)置抗噪聲性能的魯棒系統(tǒng)。否則，就使用針對每個引腳限制I/O標準的器件，這樣就可以減少可能的SSN問題。

差分信號

在FPGA設(shè)計中，你可能會發(fā)現(xiàn)對差分信號的處理存在最多的爭議。類似于SSN，最好從供應商、書籍和用戶群獲得盡可能多的信息。同時，在確定某個方案前咨詢你的布局部門以了解他們推薦的建議和信息。

主要爭論開始于差分信號對是否應該采用寬邊耦合還是邊緣耦合，以及每對之間到底應該存在多少耦合。答案通常是“根據(jù)具體情況確定”，所以需要進行具體研究。

如果你不能確定對于一個單端信號為什么需要選擇差分I/O標準，答案很簡單。使用差分信號，你幾乎可以完全控制信號的回路。因為這是信號對的一部分，而且理論上在任何一個接地(或者電源)平面上不應該出現(xiàn)來自信號對的電流。

這里假設(shè)走線對具有相等長度，布設(shè)在相鄰區(qū)域且間距不變，走線阻抗恒定且匹配。此外，利用單端信號，你很難控制信號回程，而且測試一個信號的返回也可能徒勞無益。

差分信號的主要缺點是他們需要兩根走線彼此臨近。當在一個PCB上分配幾百個差分信號時這可能是個難點。但這是布線工程師的問題，不是嗎？