AN 958: ボード・デザイン・ガイドライン

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ID 683073
日付 1/28/2022
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ドキュメント目次
ドキュメント目次 x
1. 電源分配ネットワーク 2. ギガヘルツ・チャネル・デザインの考慮事項 3. PCBおよびスタックアップ・デザインの考慮事項 4. デバイスのピンマップ、チェックリスト、および接続ガイドライン 5. 一般的なボードデザインの考慮事項/ガイドライン 6. メモリー・インターフェイスのガイドライン 7. 消費電力と熱管理 8. ツール、モデル、およびライブラリー 9. リファレンス・デザインおよび開発キット 10. AN 958: ボード・デザイン・ガイドラインの文書改訂履歴
1. 電源分配ネットワーク x
1.1. ターゲット・インピーダンスのデカップリング方式 1.2. 電圧レギュレーターの選択 1.3. PDNデザインツール 1.4. プレーン・キャパシタンス 1.5. 寄生インダクタンスの最小化 1.6. 追加リソース
1.1. ターゲット・インピーダンスのデカップリング方式 x
1.1.1. FDTIMデカップリングの概念 1.1.2. ZTARGET の決定 1.1.3. fTARGET の決定 1.1.4. ZTARGET を満たすためのデカップリング CAPSの選択
1.5. 寄生インダクタンスの最小化 x
1.5.1. VRM 1.5.2. デカップリング・コンデンサー (パスコン) 1.5.3. マウンティング・インダクタンス 1.5.4. スプレッディング・インダクタンス 1.5.5. プレーン間キャパシタンス 1.5.6. 結論
2. ギガヘルツ・チャネル・デザインの考慮事項 x
2.1. 材料の選択と損失 2.2. ギガビット・チャネル・デザインの配線ガイドライン 2.3. 素材のガラス繊維の織り方による悪影響の最小化 2.4. 表面実装パッドの下のプレーンのカットアウト 2.5. トランスミッターのプリエンファシスとレシーバーのイコライゼーション 2.6. 追加リソース
2.2. ギガビット・チャネル・デザインの配線ガイドライン x
2.2.1. ビアの最適化手法
2.2.1. ビアの最適化手法 x
2.2.1.1. 一般的な配線ガイドライン
3. PCBおよびスタックアップ・デザインの考慮事項 x
3.1. 材料の選択と損失 3.2. ボードの厚さとビア 3.3. PCB推奨レイアウト・フットプリント・ランド・パターン
4. デバイスのピンマップ、チェックリスト、および接続ガイドライン x
4.1. High Speed Board Design Advisor 4.2. デバイス別のピン接続の一覧表 4.3. デバイス別のピン接続ガイドライン 4.4. JTAGピンを使用したデバッグ用デザイン 4.5. ホットソケット、POR、およびパワーシーケンスのサポート 4.6. OCTの実装 4.7. 未使用のI/Oピンのガイドライン 4.8. デバイスのブレークアウトのガイドライン 4.9. 追加リソース
5. 一般的なボードデザインの考慮事項/ガイドライン x
5.1. ボードのデザインプロセスの概要 5.2. FPGAにおけるデザイン・セキュリティー機能 5.3. EMI 5.4. 高速デザイン向けディスクリート・コンポーネントの選択 5.5. Sパラメーター 5.6. スミスチャート 5.7. AC結合とDC結合 5.8. 追加リソース
5.1. ボードのデザインプロセスの概要 x
5.1.1. 材料の選択と損失 5.1.2. クロストークの最小化 5.1.3. 電力フィルタリング/分配 5.1.4. 未使用のI/Oピン 5.1.5. 信号トレースの配線 5.1.6. グランドバウンス 5.1.7. 伝送線路の理解 5.1.8. インピーダンスの計算 5.1.9. コプレーナ導波路 5.1.10. 同時スイッチング・ノイズのガイドライン
5.1.3. 電力フィルタリング/分配 x
5.1.3.1. ノイズのフィルタリング 5.1.3.2. 電力分配
5.1.5. 信号トレースの配線 x
5.1.5.1. シングルエンドのトレース配線 5.1.5.2. 差動トレース配線 5.1.5.3. スキューの最小化 5.1.5.4. 終端方法 5.1.5.5. 終端デザイン例 5.1.5.6. 伝送経路に関連する不連続性
5.1.5.4. 終端方法 x
5.1.5.4.1. 単純な並列終端 5.1.5.4.2. テブナン並列終端 5.1.5.4.3. アクティブ並列終端 5.1.5.4.4. 直列RC並列終端 5.1.5.4.5. 直列終端 5.1.5.4.6. 差動ペア終端 5.1.5.4.7. オンチップ終端
5.1.5.5. 終端デザイン例 x
5.1.5.5.1. 遅延の算出 5.1.5.5.2. 帯域幅の算出 5.1.5.5.3. 直列終端の使用 5.1.5.5.4. 並列終端の使用
5.1.5.6. 伝送経路に関連する不連続性 x
5.1.5.6.1. インダクタンスの不連続性 5.1.5.6.2. キャパシタンスの不連続性 5.1.5.6.3. ビアの不連続性 5.1.5.6.4. 伝送経路に関連する直角ベンド
5.1.6. グランドバウンス x
5.1.6.1. デザイン・ガイドライン 5.1.6.2. グランドバウンスの解析 5.1.6.3. スイッチング出力 5.1.6.4. 静音出力 5.1.6.5. リード・インダクタンスの最小化
5.1.8. インピーダンスの計算 x
5.1.8.1. マイクロストリップ・インピーダンス 5.1.8.2. ストリップライン・インピーダンス 5.1.8.3. 伝播遅延
5.1.8.3. 伝播遅延 x
5.1.8.3.1. マイクロストリップ・レイアウトの伝搬遅延 5.1.8.3.2. ストリップライン・レイアウトの伝搬遅延
5.1.9. コプレーナ導波路 x
5.1.9.1. 単純型コプレーナ導波路 5.1.9.2. 接地型コプレーナ導波路 5.1.9.3. 接地差動型コプレーナ導波路
5.4. 高速デザイン向けディスクリート・コンポーネントの選択 x
5.4.1. 抵抗とコンデンサー 5.4.2. インダクターとフェライトビーズ 5.4.3. SMAコネクター
6. メモリー・インターフェイスのガイドライン x
6.1. DDR3ボードのデザイン・ガイドライン 6.2. DDR2ボードのデザイン・ガイドライン 6.3. DDRボードのデザイン・ガイドライン 6.4. QDRIIおよびQDRII+ 6.5. RLDRAM II 6.6. 追加リソース
7. 消費電力と熱管理 x
7.1. パワー・マネジメントのガイドライン 7.2. FPGAのヒートシンクと熱管理 7.3. 追加リソース
8. ツール、モデル、およびライブラリー x
8.1. デザインツール 8.2. I/Oバッファーモデル 8.3. デバイス・ライブラリー 8.4. ネット長レポート 8.5. 熱モデル
9. リファレンス・デザインおよび開発キット x
9.1. 開発キット 9.2. テクノロジー別の開発キット
9.2. テクノロジー別の開発キット x
9.2.1. DDR3メモリー・テクノロジー 9.2.2. DDR2メモリー・テクノロジー 9.2.3. DDRメモリー・テクノロジー 9.2.4. QDR2 SRAMメモリー・テクノロジー 9.2.5. SRAMメモリー・テクノロジー 9.2.6. RLDRAM IIメモリー・テクノロジー 9.2.7. フラッシュ・メモリー・テクノロジー 9.2.8. ギガビット・トランシーバー・テクノロジー 9.2.9. PCI Expressテクノロジー 9.2.10. PCIテクノロジー 9.2.11. 10/100/1000イーサネット・テクノロジー 9.2.12. USB 2.0テクノロジー
1. 電源分配ネットワーク
2. ギガヘルツ・チャネル・デザインの考慮事項
3. PCBおよびスタックアップ・デザインの考慮事項
4. デバイスのピンマップ、チェックリスト、および接続ガイドライン
5. 一般的なボードデザインの考慮事項/ガイドライン
6. メモリー・インターフェイスのガイドライン
7. 消費電力と熱管理
8. ツール、モデル、およびライブラリー
9. リファレンス・デザインおよび開発キット
10. AN 958: ボード・デザイン・ガイドラインの文書改訂履歴

1.5.5. プレーン間キャパシタンス

一次解析として、PCBの電源とグランドプレーンのペアは、直列接続された抵抗、インダクター、およびコンデンサーとして単純モデル化できます。図 6 を参照してください。この単純なモデルでは、表皮効果や誘電吸収などの周波数依存効果は無視されますので、注意してください。

図 6. 電源-グランドプレーンのサンドイッチの簡略化インピーダンス・モデル

図 6 のESLの一次方程式は次のとおりです。

  • ESL = (μ0•h•l)/w

ただし

  • μ0 = 自由空間の透磁率 (32pH/mil)
  • h = 電源プレーンとグランドプレーン間の距離 (単位: ミル)
  • l = 電源プレーンの長さ (単位: インチ)
  • w = 電源プレーンの幅 (単位: インチ)

電源-グランドプレーンのサンドイッチのESLは、デカップリング・コンデンサーがBGAデバイスに電流を供給しているときに見られるスプレッディング・インダクタンスとして解釈できます。したがって、上記のESLの式から、スプレッディング・インダクタンスを減らすには、デカップリング・コンデンサーをターゲットBGAデバイスのできるだけ近くに配置します (キャップからBGAデバイスまでの距離lを最小にします)。さらに、電源-グランドプレーンのサンドイッチに薄い誘電体材料を使用 (hを最小化) し、広いプレーンペアを使用 (wを最大化) すると、デカップリング・コンデンサーから見た実効スプレッディング・インダクタンスを減らすのに役立ちます。

レベル 2 の表題