可編程邏輯器件接地設計

信號接地處理和地線(xiàn)設計也是高速FPGA設計的一部分，設計一個(gè)好的接地系統非常重要。接地的方法可以歸納為3種，即單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地和復合式接地。接地的類(lèi)型分為模擬地和數字地等。

(1)單點(diǎn)接地

單點(diǎn)接地是指在電路設計時(shí)接點(diǎn)線(xiàn)路與單獨一個(gè)參考點(diǎn)相連，這種嚴格接地設置的目的是為了防止來(lái)自?xún)蓚€(gè)不同子系統中電流與射頻電流經(jīng)過(guò)同樣的返回路徑，從而導致共阻抗耦合。單點(diǎn)接地還可分為串聯(lián)單點(diǎn)接地和并聯(lián)單點(diǎn)接地。

當元件、電路及互連等都工作在1MHz或更低的頻率范圍內時(shí)采用單點(diǎn)接地技術(shù)是最好的，這意味著(zhù)分布傳輸阻抗的影響最小。工作頻率較高時(shí)，返回路徑的電感會(huì )變得不可忽視；當頻率更高時(shí)，電源層和互連走線(xiàn)的阻抗更顯著(zhù)。如果線(xiàn)路長(cháng)度是信號1／4波長(cháng)的奇數倍時(shí)，這些阻抗就變得非常大。只要在電流返回路徑中存在阻抗，就會(huì )有電壓降，隨之就產(chǎn)生了不希望有的射頻電流。這些走線(xiàn)和接地導體等效于環(huán)形天線(xiàn)，輻射能量的大小取決于環(huán)路的大小。

使用單點(diǎn)接地技術(shù)的另一個(gè)問(wèn)題是輻射耦合，除了射頻輻射耦合外，也可能發(fā)生串擾，這取決于電流返回路徑之間的物理間距大小。

因此當系統工作頻率大于1 MHz時(shí)，不適合采用單點(diǎn)接地技術(shù)。這種技術(shù)常用在模擬電路中，在數字系統中建議不要采用這種接地方式。

(2)多點(diǎn)接地

高頻設計時(shí)，為了減小接地阻抗，通常采用多點(diǎn)接地技術(shù)。多點(diǎn)接地之所以能減小射頻電流返回路徑的阻抗是因為存在眾多的低阻抗路徑并聯(lián)，低平面阻抗主要是由于電源和接地平板的低電感特性或在機座參考點(diǎn)上附加低阻抗的接地連接。

多點(diǎn)接地可以有效地減小噪聲產(chǎn)生電路與0V參考點(diǎn)之間的電感盡管是多點(diǎn)按點(diǎn)，仍然有可能在兩個(gè)接地引線(xiàn)這間產(chǎn)生接地環(huán)路 因此每個(gè)接地引線(xiàn)的長(cháng)度越短越好，同時(shí)， 兩個(gè)接地引線(xiàn)之間的物理距灣個(gè)要超過(guò)被接地的電路部分中的頻率信號波1/120。

采用多點(diǎn)接地技術(shù)容易出現的問(wèn)題是諧振，諧振的產(chǎn)生取決于接地此線(xiàn)位置之間的距離和激勱信號的頻譜，其原因是由于電源和接地平板之間存在寄生電容和寄生電感，以及接地機架和接地引線(xiàn)這間的電容及電感等。過(guò)多的PCB板過(guò)孔也會(huì )額外增加這些寄⒋電感和電容，因此為了右效地減小謳些寄生參數，建議盡可能她減少過(guò)孔的數量。

(3)復合接地

復合接地實(shí)際上是單點(diǎn)接地利多點(diǎn)接地的混個(gè)，在設計中既仃低頻率，義有南頻tli邐常采用這種接地方案．

(4)模擬電路接地

許多模擬曳路工作在低頻狀態(tài)下，對于這些靈敏的電路，單點(diǎn)接地是最好的接地方式。這種接地方式的目的是防止來(lái)自其他噪聲元件的大接地電流爭用用敏感的模擬地線(xiàn)，接地環(huán)路也必須避開(kāi)所有的敏感低頻模擬電路。

模擬接地所要求的無(wú)噪聲度依賴(lài)于模擬輸入的靈級度，以信噪來(lái)衡量。輸入信號的幅度越小，對械擬接地的要求也就越高。由于數字電路來(lái)自器件內部邏輯門(mén)的開(kāi)關(guān)噪聲而影響模擬器件，因此如果設計中存在數字電路和模擬電路，必須嚴格地執行單點(diǎn)接地，并盡可能地將這兩部分隔離，設置各自獨產(chǎn)的參考地。

(5)數字電路接地

因為高頻電流是由接地噪聲電壓和數字電路布線(xiàn)區域的壓降產(chǎn)生的，所以在高速數字路中優(yōu)先使用多點(diǎn)接地。接地環(huán)路通常不會(huì )出現數字問(wèn)題，只要保證證接地點(diǎn)的實(shí)際距離小于信號頻率波長(cháng)1/20，避免造成射頻噪聲即可。