プリント基板組立 - FPGA マルチデータ収集カードPCBA

FPGA マルチデータ・アクイジション・カードPCBAの利点

FPGA クロックの周波数が高く、内部遅延が小さく、高速で効率がよく、組成が柔軟であるため、dspとマイクロチップ間の高速データ収集において比類のない利点がある。

FPGA マルチ・データ・アクイジション・カードのデータ・アクイジション・システムは、4つのモジュールからなるモジュール設計構造を採用している。各収集モジュールは交換可能または柔軟に追加することができます。モジュールは3 wayコネクタで接続される。センサ信号と422個のシリアル信号がそれぞれのモジュールに入力され、メイン制御モジュールが統一フレームを制御し、デュアルバックアップメモリに伝送する。この設計案は柔軟で制御しやすく、実用的な価値があります。

FPGA マルチデータ収集カードPCBAの利点

システムハードウェア設計

データ収集記録システムは、1枚のマスターカードと3枚のデータ収集カードで構成されている。マスターカードはデータ収集システムの核心部分で、主に地上測定制御ステーションの長線通信、各データ収集カードのデータ伝送制御、データ転送、記憶制御などの機能を含む。3種類のデータ収集カードで72個のアナログ信号を収集できる。各データ・アクイジション・カードのfpgaは、アドレス・ジャンパー・モジュールに従って制御モジュールから多重スイッチを制御する。24個のアナログ信号のうち1個を選択し、16ビットa / d変換器でデジタル信号に変換する。各チャンネルの信号収集が完了した后、収集されたデータは、三者積み重ね可能な内部の受信シーケンスとハンドシェイク信号データに基づいてマスターカードに伝送され、統一フレームワークは主にfpga制御モジュールの主要制御カードに伝送され、メモリに伝送されてデータの収集と保存プロセスを完了します。

アナログスイッチの切り替えは、データ収集カードの重要な要素です。この設計では、データアクイジションカードごとに24個のアナログ信号を同時に異なる周波数で収集する必要があるため、サンプリングチャンネルの切り替えや選択を制御する必要があり、高精度かつ高精度な設計が求められています。ハードウェア部で使用するアナログスイッチはadg706で,16路の信号を選択できるチップである。アクイジション・チャネルは24チャネルであるため、各アクイジション・カードには2つのadg706チップが必要となり、スイッチング値は16 × 2 = 32 > 24チャネルとなり、設計要件を満たします。

FPGA PCBの設計

FPGA PCBの設計規模が大きくなり、IO伝送問題も発生する。他の高速モジュールと互換性を持つためには、PCBの設計を最適化する必要があります。

電源フィルタリング、システムノイズ整合信号線低減並列引き廻しノイズ低減リバウンド効果によるインピーダンス整合を行う.

上記の要件を達成するために採用できる方法は、

1、適切なデータを選択し、一般的に誘電率の小さいデータを選択すると、伝送インピーダンスが小さくなり、伝送損失が小さくなる。AlteraではFR-4の高速レポートが提供され、FR-4は高速設計を走れることを示している。しかし、一般的にはメーカーのデータの情報を理解し、設計全体のインピーダンス計算に使用する必要があります。

2、PCB上の伝送引き廻しは、マイクロストリップ伝送路レイアウト単一参照面と、帯状伝送路レイアウト二重参照面との2種類があり、基本的な設計をサポートすることができる。

3、インピーダンス計算、PCBボード設計の初めにインピーダンスの制御を行い、後期に十分なタイミング余裕があることを保証する。

4、クロストークを低減し、信号の完全性を維持する配線方法

許容範囲内で、線間距離を上げる

接地線に隣接しているため、結合解除が可能

差動分布線、信号整合性を高めることができる

明らかな結合が存在し、異なる層の間に相互に垂直なシングルエンド信号を配置することができるという現在のやり方は不明で、

並列長さを減らし、長結合引き廻しを減らす

FPGA PCB電源供給

1、給電要求

単調性：電源付き上昇中に単調非負傾斜が低下すると非正となり、ノイズを低減することができる。

ソフトスタート：FPGA起動時に特定の電流が必要で、上昇できないのは速すぎて、各段の電源が所定の状態に達するのに時間がかかる。

最大最小リフト時間：最大リフト時間は閾値電圧付近に留まらず、できるだけ早く論理レベルに達することを保証することである。最小リフト時間は、サージ電流が発生しないことを保証します。

敏感アナログ素子：安定した電圧が必要で、あまり大きな電圧変動が存在してはいけない。FPGA上のPLLは、個別の線形電圧源から電力を供給する必要があります。

2、FPGA PCBの電力供給戦略

電源層はできるだけFPGAに近く、BGAビアインダクタンスを減らすことができ、Transceiverをレイアウトの最高優先度高速トランシーバとして内部変調器、電流が十分に低く、トランシーバのキートラックの最高優先度を割り当てなければならないという3つの場合を除く、大電流電源トラックの考慮：高速トランシーバがなければ大電流は最高レベル、あれば次優先度コア電圧に置くと最も遠くに置くことができ、PLL電源及びその他の電源：PLLは第3レベルとして考慮し、その他の電源は必要に応じて分配する。

FPGA PCBデカップリング容量

1、デカップリング容量の作用、容量の共振周波数の極小範囲を利用してフィルタリングを実現し、ノイズを除去する。

2、容量値を計算し、実際の容量の計算は比較的に複雑で、ソフトウェアを使って自動的に計算することができる。

3、容量の配置、デカップリング容量の最も良い配置はできるだけ電源や地面に近づき、最小のインピーダンス値と最小のインピーダンスを保証することである。