设计开发
数事投与或用
基于FPGA核心控制板的PCB抗电磁干扰设计
苏宏锋张丽霞张强郭臣鸥
(四川交通职业技术学院四川成都611130)
摘要：随着FPGA控制系统的时钟频率、元件数量与布线密度的增加,控制系统PCB板自身产生的电磁干扰问题日益严重。本文以时钟频率为 50MHz的FPGA核心控制板存在的电磁干扰问题为导向，基于AltiumDesignerSummer09的PCB设计平台，从PCB板层结构、布线、去竭、敏感信号处理、数铜、电源与接地等方面进行抗电磁干扰设计,提高FPGA核心控制板运行的稳定性和可靠性。
关键词:PCB电醛干扰FPGA核心控制板去构
中图分类号：TM273+.3
文献标识码:A
文章编号：1007-9416(2016)04-0146-02
Abstract:With the clock frequency, Components and wiring density of FPGA system increasing, electromagnetic interference generated by the PCB itself becomes prominent.In the paper,the problems of EMI in FPGA control board with 50MHz is present. Based on Altium Designer Summer 09 development platform,PCB layer structure, wiring, deoupling capacitors, sensitive signal processing, copper,power and ground on EMI are designed. The stability and reliability of FPGA control board can be improved.
Key Words:PCB; EMI; FPGA core control board; decoupling
1引言
电磁干扰(EMI)是指任何可能引起装置、设备、传输通道或系统的性能降低的电磁现象"，在具有控制器"的电子产品设计中，应充分考患并满足抗电磁干扰性的要求，避免在产品成型后再进行一系列的验证测试或采取抗电磁干扰的补救措施。FPGA核心控制板的 PCB抗EMI设计的优劣直接影响电路的性能。本文从分析FPGA控制板存在的电磁干扰问题人手，对控制板的PCB进行有效的抗电磁
于扰设计提高控制系统抗EMI于扰效果。 2FPGA控制板与电磁干扰问题
设计一种教学与科研应用的FPGA核心控制板，由主控芯片 FPGA、电源电路、时钟电路、下载接口电路、SRAM存储器与L/O弓出接口等部分组成。主控芯片FPGA采用Altera公司的CycloneIIl
+5V电源
+3.3V电源
电路 +1.2V电源电路
时钟电路 JATG与AS 下较接口
Cydone
VO引出接口存储芯片 SDRAM
配置芯片复位电路
图1FPGA核心控制板系统组成
TotalHesaht pmg (2.6nl) oa (2.5nl
Top Lae
GND DGN) → e
图2控制板层叠设计
收稿日期：201602-29
prmeg (32.6nl
系列EP3C120F78017N。FPGA核心控制板系统组成如图1所示。
对FPGA控制系统进行分析，主要存在的电磁于扰问题有：
(1)控制板需+5V、+3.3V与+1.2V等多个工作电源，易产生电源噪声干扰，
(2)控制系统复杂，PCB布线密度大，信号之间容易产生空间辐射耦合与串扰；
(3)敏感信号如50MHz时钟信号，下载时钟信号容易受干扰；(4)控制板作为核心板，与其它功能模块集成存在电磁兼容间
题。因此，需对FPGA控制板采取必要的抗电磁干扰措施。 3FPGA控制板抗电磁干扰设计
3.1FPGA控制板层叠设计
电路板的板层设计是整个FPGA控制板PCB设计的首要环节，合理的PCB叠层设计，可以有效地抑制电磁干扰辐射。PCB叠层设计应当遵从以下两个规则"，
(1)每个走线层必须有一个邻近的参考层(电源层或地层)；
(2)邻近的电源层与地层要保持最小间距，以提供较大的耦合电客。
FPGA控制板的器件密度与布线密度大、电源种类多，并考虐 PCB板制造成本与信号完整性等因素，拟采用4层板，板层布置为：S(信号层)一G(接地层)一P(电源层)一S(信号层)，如图2所示，地层与电源层相邻，两个近距离平面形成电容，具有去揭和抑制共模噪声信号的EMI辐射，减小板层间的阻抗，提高电源系统的供电性能。信号层采用地层和电源层隔开，增加信号层间的厚度，有利于吸收和抑制信号辐射，使信号间串扰最小，抗EMI效果最佳。
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图3交叉布线与蛇形走线
作者简介：苏宏锋(1984一),男，江西上饶人,硕士研究生,助教,研究方向：电子产品硬件开发。 146