可編程邏輯器件接地設(shè)計(jì)

信號(hào)接地處理和地線設(shè)計(jì)也是高速FPGA設(shè)計(jì)的一部分，設(shè)計(jì)一個(gè)好的接地系統(tǒng)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(fù)合式接地。接地的類型分為模擬地和數(shù)字地等。

(1)單點(diǎn)接地

單點(diǎn)接地是指在電路設(shè)計(jì)時(shí)接點(diǎn)線路與單獨(dú)一個(gè)參考點(diǎn)相連，這種嚴(yán)格接地設(shè)置的目的是為了防止來(lái)自兩個(gè)不同子系統(tǒng)中電流與射頻電流經(jīng)過(guò)同樣的返回路徑，從而導(dǎo)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(dāng)元件、電路及互連等都工作在1MHz或更低的頻率范圍內(nèi)時(shí)采用單點(diǎn)接地技術(shù)是最好的，這意味著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(dāng)頻率更高時(shí)，電源層和互連走線的阻抗更顯著。如果線路長(zhǎng)度是信號(hào)1／4波長(zhǎng)的奇數(shù)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。這些走線和接地導(dǎo)體等效于環(huán)形天線，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?dāng)_，這取決于電流返回路徑之間的物理間距大小。

因此當(dāng)系統(tǒng)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(shù)字系統(tǒng)中建議不要采用這種接地方式。

(2)多點(diǎn)接地

高頻設(shè)計(jì)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?yàn)榇嬖诒姸嗟牡妥杩孤窂讲⒙?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(jī)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)接地引線這間產(chǎn)生接地環(huán)路 因此每個(gè)接地引線的長(zhǎng)度越短越好，同時(shí)， 兩個(gè)接地引線之間的物理距灣個(gè)要超過(guò)被接地的電路部分中的頻率信號(hào)波1/120。

采用多點(diǎn)接地技術(shù)容易出現(xiàn)的問(wèn)題是諧振，諧振的產(chǎn)生取決于接地此線位置之間的距離和激勱信號(hào)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(jī)架和接地引線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(shù)，建議盡可能她減少過(guò)孔的數(shù)量。

(3)復(fù)合接地

復(fù)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(shè)計(jì)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(duì)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(zhēng)用用敏感的模擬地線，接地環(huán)路也必須避開所有的敏感低頻模擬電路。

模擬接地所要求的無(wú)噪聲度依賴于模擬輸入的靈級(jí)度，以信噪來(lái)衡量。輸入信號(hào)的幅度越小，對(duì)械擬接地的要求也就越高。由于數(shù)字電路來(lái)自器件內(nèi)部邏輯門的開關(guān)噪聲而影響模擬器件，因此如果設(shè)計(jì)中存在數(shù)字電路和模擬電路，必須嚴(yán)格地執(zhí)行單點(diǎn)接地，并盡可能地將這兩部分隔離，設(shè)置各自獨(dú)產(chǎn)的參考地。

(5)數(shù)字電路接地

因?yàn)楦哳l電流是由接地噪聲電壓和數(shù)字電路布線區(qū)域的壓降產(chǎn)生的，所以在高速數(shù)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(xiàn)數(shù)字問(wèn)題，只要保證證接地點(diǎn)的實(shí)際距離小于信號(hào)頻率波長(zhǎng)1/20，避免造成射頻噪聲即可。