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            FPGA上同步開關噪聲的分析

            作者: 時間:2010-04-17 來源:網(wǎng)絡 收藏

              隨著PCB 疊層的增加,PCB 的引出過孔區(qū)域的長度會明顯的增加,例如對于22 層的PCB疊層,這個區(qū)域的長度大約3600um。

              一般來說,建議電源層和地層位于接近器件的位置,這樣可以有效的減少引出過孔區(qū)域?qū)﹄娫春偷氐拇须姼械呢暙I。

              2. 信號對電源和地的比率

              如果過多的信號共享一個返回通路,隨著信號對電源和地的比率的減少,可以有效的減少互感性的串繞。

            信號對電源和地的比率

              3. 封裝和芯片中的去耦電容

              下圖顯示了電源網(wǎng)絡的頻域特性在不同電容作用下的仿真結(jié)果。初始的頻域仿真可以看到電源網(wǎng)絡阻抗在230Mhz 的頻點附近達到最大值。隨后的仿真顯示了ODC(On DieCapacitance)和OPD(On Package Decoupling)的效果。其中OPD 作用在低頻的范圍,ODC 作用在較高頻的范圍。

            電源網(wǎng)絡的頻域特性在不同電容作用下的仿真結(jié)果

              時域仿真顯示芯片內(nèi)部電源的提高,這個結(jié)果也是符合實測的結(jié)果。

            時域仿真

              3. 封裝和芯片中的去耦電容

              下圖顯示了電源網(wǎng)絡的頻域特性在不同電容作用下的仿真結(jié)果。初始的頻域仿真可以看到電源網(wǎng)絡阻抗在230Mhz 的頻點附近達到最大值。隨后的仿真顯示了ODC(On DieCapacitance)和OPD(On Package Decoupling)的效果。其中OPD 作用在低頻的范圍,ODC 作用在較高頻的范圍。

            電源網(wǎng)絡的頻域特性在不同電容作用下的仿真結(jié)果

              時域仿真顯示芯片內(nèi)部電源的提高,這個結(jié)果也是符合實測的結(jié)果。

            時域仿真

              可能的解決方法

              1.可編程的電流強度

              可以設置輸出管腳的驅(qū)動電流強度值, 使用較小的電流值,會相應的降低SSN 。這個方法要在保證信號完整性質(zhì)量的情況的條件下使用。

              2.可編程的信號斜率

              Stratix IV的輸出驅(qū)動可以可編程的輸出斜率控制,這樣可以配置低的或者高速的性能。更快的斜率提供高速的翻轉(zhuǎn)滿足高性能的系統(tǒng)要求。慢的斜率有助于減少系統(tǒng),但是增加了一定的上升沿和下降沿的延遲。每一個輸出管腳都有獨立的邊沿控制允許針對每一個輸出定制斜率。

              3. 可編程輸出延遲

              Stratix IV 器件在每一個單端輸出驅(qū)動器也支持輸出延遲。輸出延遲鏈獨立的控制每一個輸出驅(qū)動器的上升沿和下降沿延遲。可以將同一個時鐘沿翻轉(zhuǎn)的管腳分成幾組不同的延遲輸出,有助于減少切換噪聲。這個方法是在使用時序的余量來優(yōu)化噪聲。

              4.合理的端接

              合理的端接有利于減少反射,從而減少串擾的影響。Stratix IV器件的動態(tài)串行和并行端接可以提供阻抗匹配和端接能力。片內(nèi)端接提供了比片外端接更好的信號質(zhì)量,減少了寄生參數(shù),同時減少板的面積也降低了成本。

              5.軟地和軟電源

              另外,未用的輸入輸出管腳散布在翻轉(zhuǎn)的管腳之間,未用的管腳的狀態(tài)會影響整體的SSN性能。把這些未用的管腳在單板上連接到平面或者電源平面有助于減少SSN 噪聲。這種未用管腳的設計一般稱為軟地。


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