PCB版图设计——基于高速FPGA的PCB设计技术

　　图2：差分线设计实例。

　　如图2所示的横截面是实际差分线版图的最常见图案。在采用带状线布线时，信号被FR-4材料夹在中间。而微带线时，一条导体是裸露在空气中的。因为空气的介电常数最低(Er= 1)，故顶层最适合布设一些关键信号，如时钟信号或者高频的SERial-DESerial (SERDES)信号。 微带线布线应该耦合到下方的地平面，该地平面通过吸收部分电磁场线来减小电磁干扰(EMI)。在带状线中，所有的电磁场线耦合到上方和下方的参考平面，这大大降低了EMI。如果可能的话，应该尽量不要用宽边耦合带状线设计。这种结构容易受到参考面中耦合的差分噪声的影响。另外还需要PCB的均衡制造，这是很难控制的。总的来说，控制位于同一层上的线间距还是比较容易的。 　去耦和旁路电容器

　　另一个确定PCB的实际性能是否符合预期的重要方面需要通过增加去耦和旁路电容进行控制。增加去耦电容器有助于减小PCB的电源与地平面之间的电感，并有助于控制PCB上各处的信号和IC的阻抗。旁路电容有助于为FPGA提供一个干净的电源(提供一个电荷库)。传统规则是在方便PCB布线的任何地方都应布置去耦电容，并且FPGA电源引脚的数量决定了去耦电容的数量。但是，FPGA的超高开关速度彻底打破了这种陈规。

　　在典型的FPGA板设计中，最靠近电源的电容为负载的电流变化提供频率补偿。为了提供低频滤波并防止电源电压下降，要使用大的去耦电容。电压下降是由于设计电路启动时稳压器的响应有所滞后。这种大电容通常是低频响应较好的电解电容，其频率响应范围从直流到几百kHz。

　　每个FPGA输出变化都要求对信号线充电和放电，这需要能量。旁路电容的功能是在宽频率范围内提供局部能量存储。另外，还需要串联电感很小的小电容来为高频瞬变提供高速电流。而反应慢的大电容在高频电容器能量消耗掉以后继续提供电流。