FPGA / PCB 共同設計プロセスの実装

2023-04-14

FPGA デバイスを使用して DDR3 などの最先端のシステムインターフェイス要件を満たすには、FPGA インターフェイスのインテリジェントな設計が不可欠です。 PCB プロセスの統合や PCB 配線を考慮しない FPGA インターフェイス設計は、PCB コストの増加と設計時間の延長につながる可能性があります。この記事が示すように、重要なのは次の点を考慮することです。 コネクティビティ FPGA/PCB 協調設計プロセスの基盤として、また効果的な実装に必要な重要な要素として。このコンテキストでの接続は、FPGA の双方向の動きです。インターフェイス FPGA と PCB ドメイン間の情報。

効果的なプロセス接続基盤を実装することで、FPGA を PCB 設計にすばやく組み込むことができます。コネクティビティソリューションの重要な派生物は、FPGA と PCB の両方に最適化された FPGA インターフェイス定義の反復可能な作成です。このコネクティビティ基盤の結果、開発コストの削減と PCB 品質の向上が実現します。

FPGA の普及
FPGA デバイスは、毎年約 100,000 件の設計が開始されている新しい製品設計で広く使用されています。 FPGA テクノロジによって多くのメリットがもたらされると主張する人は誰もいません。業界のリーダー、ザイリンクスとアルテラ、両方とも 2007 年の売上高が 10 億ドルを超え、ザイリンクスは 20 億ドルに近づいています。

ザイリンクス Virtex-5 FXT (高性能処理および I/O) および Virtex-4QV (宇宙アプリケーション)、アルテラの Stratix IV (1,330 万ゲートの高密度)、およびアクテルの IGLOO（低電力）。製品の多様性は、システム設計者の夢であるべきです。

FPGA の設計プロセスは、Xilinx の ISE、Altera の Quartus II、Actel の Libero IDE など、FPGA ベンダーが提供する一連のツールを使用して明確に定義されています。新世代の FPGA が提供されるたびに、ツールにも一定の投資が行われます...

... 人生は素晴らしい！

しかし今、FPGA でうまく機能するこの新しいクールなデザインは、回路ボード。ほとんどの企業は共同設計 PCB プロセスに最小限の投資を行ってきましたが、最終的には生産性と結果の品質が妥協されています。 イチジク 1 協調設計の複雑さを 2 次元で表したものです。 FPGA デバイスの複雑さは縦軸に表示され、PCB プロセスの複雑さは横軸に表示されます。ピンの数が増えて、 I/O 標準、プロセスコア、およびピン割り当てルールが FPGA の複雑さを増しています。これらのデバイス機能は、ピンスワップ、シンボル作成、ルーティング、シグナルインテグリティなどの点で PCB の複雑さにつながります。実装される共同設計プロセスは、使用されるデバイスとプロセスの目的によって決まる複雑さに対処する必要があります。

1. FPGA / PCB 協調設計の複雑さ。
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単純化された協調設計ソリューションは、FPGA ベンダーのツールから始まり、回路図に進み、最後に PCB レイアウトに至る一方向のプロセスです。予備的な I/O 計画がいくつかあるかもしれませんが、ほとんどの場合、PCB 設計者は今後の予定に対処します。このプロセスは、多くのニーズに対して不十分である可能性があり、ピンスワップ機能の追加が必要になる場合があります。最終的には、PCB の品質だけでなく、設計に必要な時間もかかっています。 I/O の割り当てが適切でないと、配線時間が長くなり、トレースが長くなり、信号レイヤーが追加され、ビアが増え、場合によっては信号が威厳問題。

FPGA の使用は、単純なグルーロジックからシステムオンプログラマブルデバイスの実装まで、広範囲に及びます。この膨大な数の実装には、柔軟で拡張可能な FPGA/PCB 協調設計プロセスが必要です。共同設計プロセスの基盤は接続性です – ドメイン固有の情報をドメイン間で移動し、宛先ドメインで役立つようにデータを変換する機能。

たとえば、FPGA 回路図シンボルの作成は、FPGA 設計者にとってなじみのない概念です。ただし、FPGA ドメインで行われたピンの割り当ては、 。ピン または 。パッド ファイル PCB ドメインのワイヤードシンボルまたはシンボルセットとして表されます。これらは、同じ情報の 2 つの非常に異なる表現です。それぞれの表現は、ネイティブドメインに価値をもたらします。情報のドメイン横断は双方向であり、手動でエラーが発生しやすいアクティビティを排除する必要があります。効果的な実施ドメインコネクティビティは、プロセスが構築される基盤です。

ループを閉じる
最も効果的な FPGA/PCB 協調設計プロセスは、PCB レイアウトから得られる結果の品質フィードバックを伴う閉ループです。次に、このフィードバックに基づいて FPGA インターフェイスが調整され、高品質の FPGA/PCB 統合が実現します。共同設計プロセスのさまざまな手順は次のとおりです。：