Τροφοδοσία FPGA - CAD

[BLitZWinG]

Έχω σχεδιάσει μια πλακέτα με FPGA. Από όσο ξέρω είναι πολύ σημαντική η τροφοδοσία.
Το FPGA δουλεύει με 2 τάσεις. Μία για τα I/O banks στα 3.3V και μία στα 1.2V για την τροφοδοσία
του FPGA. Δυστυχώς η πλακέτα θα είναι double-sided. Ξέρω πως για βέλτιστα αποτελέσματα ήθελε
4 επιπέδων πλακέτα με Vcc και ground planes. Για τις 2 τροφοδοσίες χρησιμοποιώ LM317. Έχω βάλει
ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές καθώς και bead ferrites στους regulator και πυκνωτές απόζευξης κάτω από
το FPGA (SMD). Το FPGA έιναι της σειράς Cyclone II της Altera με footprint 240 PQFP.

Θα ήθελα να ακούσω απόψεις πάνω στο θέμα.

Για schematic και layout χρησιμοποιώ ORCAD και Altium Designer.
Επίσης έχω δοκιμάσει και Eagle και ολα τα suites της Mentor Graphics Boardstation flow, IO designer ,PADS
κτλ κτλ.

Υπάρχει τίποτα καλύτερο;

[chip]

Αν δεν είναι πολύ γρήγορη έκδοση FPGΑ (περίπυ 200MHz) και σχεδιαστούν όλα καλά θα δουλέψει. Φυσικά θα χρειαστεί μεγάλες περιοχές απο GND. Καλύτερα όλο το κάτω μέρος από το FPGA να είναι GND ενώ θα δημιουργήσεις αντίστοιχα μεγάλα τμήματα από τις δύο τάσεις τροφοδοσίας στο κάτω επίπεδο της πλακέτας. Μια καλή λύση είναι να βάλεις ένα περίπου τετράγωνο με 3,3V στο 2 Layer κάτω από το FPGA και γύρω από αυτό να βάλεις τα 1,8V. σε διάφορα σημεία στο κάτω μέρος θα βάλεις πυκνωτές (τύπου X7R και μερικούς τανταλίου). Από το κάτω layer θα φέρεις τροφοδοσία στο πάνω πίσω ή μπροστά απο το πόδι του FPGA. Καλύτερα να τα φέρεις πίσω από το πόδι του FPGA, και μπροστά από το κάθε πόδι θα βάλεις πυκνωτές σε μέγεθως 0603. οι Συνδέσεις από το πάνω στο κάτω επίπεδο θα γίνουν με συρματάκια (πχ wire-wrap) τα οποία ισως χρειαστεί να τα χτυπίσεις με κάποιο σφυράκι για να γίνουν εντελώς επίπεδα.
Επικασιτέρωση θα κάνεις μόνο με χημικό. Σε καμία περίπτωση με το χέρι. Αν κάνεις με το χέρι θα το κάνεις με πάρα πολύ κόληση και πόλύ σολντερίνι που μετά θα αφαιρέσης ΟΛΗ την κόληση με φοιτήλη και θα καθαρίσεις τέλεια με Βενζίνη.
Συνίσταται ανεπιφύλακτα να χρησιμοποιήσεις πλακέτα με πάχος 0,5mm Αν χρησιμποποιήσεις 0,5mm πλακέτα και κάνεις ολά τα παραπάνω στο κομάτι που λέγεται τροφοδοσία FPGA δεν θα υστερεί σε πολλά από μία πλακέτα 4 Layer. (Φυσικά μία πλακέτα 4Layer συνίσταται ανεπιφύλακτα σε τέτοιες κατασκευές.)
To LM317 για τα 1,2 V δε νομίζω οτι είναι η καλύτερη επιλογή. Κοίτα για κάτι από τη σειρά TPS7XXX (Texas Ins.)

[BLitZWinG]

Το ξέρω ότι το LM317 δεν είναι ότι καλύτερο μιας και η ελάχιστη τάση που
παρέχει είναι 1.25V. Η πλάκετα 8α γίνει από επαγγελματία με solder mask.
To FPGA είναι speed grade 8 δηλαδη το πιο αργό της σειράς. Απλά μέσα έχει
4 ενσωματομένα PLL από τα οποία τα 2 θα τρέχουν στα 100 MHz για ένα μέρος
του εσωτερικού σχεδίου. Το FPGA θα τροφοδοτηθεί με εξωτερικό oscillator VCO
στα 25MHz.

Τα πάχη τροφοδοσίας είναι 25 mils ενώ τα πάχη σήματος είναι 11 mils.

[chip]

Η γνώμη μου είναι σε καμία περίπτωσε να μην βάλεις LM317 για τα 1,25V.
Για το σήμα τα 11mil μου φαίνονται πολλά θα έλεγα να πήγαινες κάπου στα 8mil. Ενώ για την τροφοδοσία τα 25mil πιθανόν πρέπει να αυξηθού λίγο...και μιλάω για την γραμμή που φέρνει την τροφοδοσία κάτω από το FPGA. Γιατί κατά τα άλλά η επιφάνεια κάτω από το FPGA θα είναι γεματη με τροφοδοσία. Το πάνω LAYER όλα με GND Στο κάτω επίπεδο ένα τετράγωνο με την τάση 3,3 και γύρω από το τετράγωνο τα 1,25V με επιφάνεια που σχηματίζεται από γραμμή 40Mil+. Μάλιστα αν δεν έχεις μεγάλη ταχύτητα στα Pin (25Μ είναι λίγα) τότε κάνε το μέσα τετράγων με τα 1,2V του πυρήνα και γύρω γύρω τα 3,3.
Πρόσεχε το rise-fall time του ταλαντωτή να είναι αρκετά γρήγορο...(δες το datasheet του fpga τη μέγιστο rise-fall time δέχεται.) (σχεδόν σίγουρα θα είναι αφού ο ταλαντωτής θα είναι στα 3,3V οπότε είναι σύγχρονος).
Ζήτα αν μπορεί να χρησιμοποιήσει πλακέτα 0,5mm στην κατασκευή. Έχει μεγάλη σημασία και για την καλή τροφοδοσία αφού η τροφοδοσία είναι εν μέρη και γραμμή μεταφοράς και με μικρό πάχος έχεις μικρή σύνθετη αντίσταση... Επίσης με μικρό πάχος οι γραμμές σου (αν βάλεις copper-pour στο άλλο Layer ) θα έχουν μικρή σύνθετη αντίσταση οπότε τερματίζονται εύκολα (με τερματισμό σειράς) και έχεις καθαρά σήματα.

[BLitZWinG]

Τώρα πια δεν μπορώ να αλλάξω τα σχέδια γιατί
με έχει κουράσει πολύ αυτή η ιστορία.Είμαι μια βδομάδα πάνω στο ORCAD
και δεν αντέχω άλλο. Πάντως πολύ καλή η ιδέα
με το τετράγωνο των 3.3 V από κάτω. Θα την αλουθήσω στο μέλλον.
Τα 11 mils ήτανε όντως πολλά. Έπρεπε να βάλω 8
απλά ήθελα να είμαι ήσυχος και να μην κάθομαι να υπολογίζω που χρειάζονται αντιστάσεις
τερματισμού. Τα 25 mils της τροφοδοσίας τα πήρα απο τα design guidelines της altera.
Το LM317 δεν θα το βάλω γιατί μου ήρθε η παραγγελία και απο digikey, οπότε έχω και 1.2 voltage
regulator στα ~1A τώρα.
400 euro παραγγελία και με πήραν και από το τελωνείο... +200 euro.

Άμα ξαναπάρω τίποτα απο UPS να με ....

Α.. επί τη ευκαιρία τα PLL θέλουν δικά τους GND islands (νησάκια) με απόσταση από το κυρίως GND plane 25-100 mils.


Σε ευχαριστώ πολύ chip

[chip]

Έχεις ελέγξει οτι με τα 11 mils είσα οκ και δεν θα έχεις βραχυκυκλώματα? Το βασικότερο είναι οτι όταν αυξάνεις τα Mil της γραμμής μειώνεται η απόσταση μεταξύ των γραμμών και πιθανόν να έχεις πάει κάτω από τα όρια (πιθανόν τα 8mil) που έχει ο κατασκευατής της πλακέτας.
άλλωστε τα πάχη γραμμών αλλάζουν πολύ εύκολα στο orcad.
Αυτό με τα islands που είπες τώρα το θυμήθηκα...Το χα διαβάσει αλλά δεν έχω χρησιμοποιήσει Pll οπότε δεν μου πήγε στο μυαλό. Δε νομίζω οτι θα γλιτώσεις τις αντιστάσεις τερματισμού με ποιο μεγάλες γραμμές. Σημασία έχει να κρατήσεις μικρές γραμμές και οι γραμμές να κινούνται πάνω από επιφάνεια τροφοδοσίας. Άλλωσε υποθέτω τα σήματα που χρησιμοποιείς δεν θα έχουν πολύ μεγάλη συχνότητα. (στα 100M είχα γραμμές μέχρι 10 cm χωρίς τερματισμούς και χωρίς πρόβλημα και περίπου 5cm με 200M. βασικά υπολογίζεις χρόνο διάδοσης σήματος και ταχύτητα δεδομένων και βρίσκεις αν θα έχεις πρόβλημα ανακλάσεων)
Δεν φτέει η UPS αλλά τα 400 ευρώ που ήταν σίγουρα οτι θα περνούσαν από εκτελονισμό. Γενικά έπρεπει να αποφύγεις την Digikey!!! Άλλωστε αν καταλαβαίνω ή φοιτητής είσαι η από εταιρία οπότε κάποια εξαρτήματα μπορούσες να τα φέρεις σαν Free Sample. (Με μία επιφύλαξη θα λεγα οτι δέματα πάνω από 45 ευρώ περνάνε από τα χέρια του εκτελονιστή...)
Και μια συμβουλή αν εκτιμάς οτι είναι καλό να κάνεις κάτι για την πλακέτα μην σκέφτεσαι πόσο σε κούρασε μέχρι εδώ γιατί αν κάτι δεν δουλέψει καλά θα χάσεις πάρα πολύ χρόνο και θα σε κουράσει πολύ όσπου να βρεις τη φτέει. Και το χειρότερο αν κάτι δεν το πρόσεξες μπορεί να λές μήπως φτέει αυτό???
Καλή συνέχεια.

[BLitZWinG]

Ναι φοιτητής έιμαι αλλά δουλεύω και σαν σχεδιαστής ψηφιακών κυκλωμάτων σε εταιρία.
Δυστυχώς η Altera όταν ζήτησα free samples δεν μπήκε καν στον κόπο να μου
απαντήσει.Τελικά θα αλλάξω από κάτω την τροφοδοσία και 8α αντικαταστήσω τα traces
με vcc power plane. Είδα και κάποια παραδείγματα με QFP-BGA σε board layout. Τα 8 mils
απόσταση είναι εντάξει, δεν βραχυκυκλώνει πουθενά και ο κατασκευαστής λέει δεν έχει
πρόβλημα που επικοινώνησα μαζί του.

Μίλησα με γνωστούς επειδή πραγματικά σπάστηκα με αυτό που
έγινε με το τελωνείο (παρόλο που τα πλήρωσε όλα η εταιρία)και ο νόμος ορίζει ότι πάνω από
45 euro όλα τα δέματα περνάνε τελωνείο. Βέβαια έχει να κάνει και με το πόσο διακριτικός είναι ο υπάλληλος.
Έχω παραγγείλει πολλές φορές από digikey (150 - 200 euro) αλλά πρώτη φορά συνέβη κάτι τέτοιο.
100% πιστεύω είναι η UPS γιατί με air mail που μου τα φέρνουν συνήθως δεν υπάρχει πρόβλημα
(futurelec).

Μη κουράζω άλλο, αν έχεις να μου προτείνεις κάποιο άλλο site να παραγγείλω FPGA εγώ δεν
έχω πρόβλημα.

[chip]

H ALTERA δεν στέλνει δείγματα.
Λογικά όμως το FPGA δεν θα έκανε 400 ευρώ!! Θα ήταν πολύ πιο φθηνό αλλά γέμισε η παραγγελία με άλλα πράγματα.
Και η ALTERA πουλαει μικρές ποσότητες, βέβαια δεν έχω πάρει ποτέ...αλλά υποθέτω θα έχει και πολύ καλύτερες τιμές από την digikey.
H futurlec νομίζω τα στέλνει από ευρώπη οπότε δεν περνάει απο τελωνείο.
Τον ΜΠΑΚΗ δεν τον δοκίμασες? Βέβαια συνήθως ο ΜΠΑΚΗΣ μπορεί να σου φέρει μόνο την έκδοση του FPGA με την πιο γρήγορη ταχύτητα (όταν πρόκειται για ένα δύο κομμάτια....και πάλι ρώτα γιατί έχω να αγοράσω FPGA απο το 2003 (Απο τον ΜΠΑΚΗ αγόραζα).

[BLitZWinG]

Η παραγγελία έφτασε 400 euro γιατί πήρα 5 FPGA μερικές μνήμες προγραμματισμού
και ένα καλώδιο προγραμματισμού (byteblasterII parallel port). Αυτά μόνα τους
κάνανε 350 euro.

Έχω μιλήσει με το baki και είναι φαρμακείο ο τύπος. Μόνο για το καλώδιο ήθελε
πάνω από 200 euro ενώ η digikey το είχε 115. Απαράδεκτοι έιναι όλοι τους.

Όσο για το FPGA δεν ήθελα το πιο γρήγορο. Και δεν εξυπηρετούσε πουθενά
και δεν έβγαινε στο footprint που το ήθελα.

[chip]

Μου κάνει μεγάλη εντύπωση....ο Bakis έχει καλές τιμές (βέβαια έχω χρόνια να αγοράσω).
Έχει δηλαδή τιμές 30% πάνω από την τιμή διανομής της EBV. αυτό βγάζει τιμή ανάλογη με την Futurlec.
Στην τύχη κοίταξα για έναν μικροελεγκτή. ATmega162-16PU
Bakis 4,77 ευρώ (με αγορά 10 τεμαχίων)
digikey 4,64
futurlec 7,20 (την έκδοση PI που όμως και αυτήν ο bakis θα την έδεινε 4,77)
Οπότε άλλο να λέμε οτι σε κάποια περίπτωση δεν συνέφαιρε και άλλο να λέμε οτι είναι Φαρμακείο. (και φυσικά πρέπει πάντα συνυπολογίζουμε και οτι γλιτώνουμε τα έξοδα εκτελονισμού και αποστολής...)
Όσο για το Byteblaster είναι αναπτυξιακό εργαλείο και δυστυχώς οι εταιρίες τα χρεώνουν πολύ ακριβότερα στην Ευρώπη (επίσημη πολιτική τους). Ουσιαστικά δεν ευρώπη φαίνεται πως δεν τα επιδοτούν.
(όταν είπα το πιο γρήγορο εννοούσα για το footprint και τη χωρητικότητα που θέλεις)
Το Byteblaster ίσως μπορούσες να το φτιάξεις...
Τα καινούρια δεν προγραμματίζονται με ByteBlaster MV? (τα παλιό όχι το ΙΙ)