原创 CycloneIII设计向导-第三篇.板级设计考虑

1.I/O方面的考虑

        A.3.3/3.0/2.5V的普通I/O接口，如果接的外部信号是相同电压，就不用考虑太多。如果电压不同，就得仔细计算有没有问题。

       B.引脚设置考虑。单端和差分信号的引脚必须保持一定的间隔。如果使用了参考电压的单端信号，也会有间隔上的要求。这是为了减少信号之间的干扰。QuartusII软件会检查引脚分配是否符合规则，如果不符合，设计是无法编译的。

       如果实际信号是稳定的，没有翻转的（比如一直保持高或者低），可以通过assignments设置，避开规则检查。对某个单端引脚设置Toggle Rate assignments，可以去掉这个引脚和差分信号的间隔要求。Output Enable Group assignment这个设置，可以解决电压参考信号的间隔要求。

    C.减少同时开关噪声（SSN）。方法：

          1).把同时翻转的引脚分隔得远一些，放在2个不同的bank中更好

         2)高速引脚，要远离VCC和GND，把静态和未使用的引脚靠近VCC和GND

         3)对高速引脚设置slow slew rate和lower drive strength

         4)做好匹配（termination，或者叫端接）

       更详细的说明参考AN 508: Cyclone III Simultaneous Switching Noise (SSN) Design Guidelines.

     D.未使用管脚的设置 。最好设置为输入。设置为输出，又接了外部电路，可能会导致芯片管脚损坏。

     E.匹配方案。通常，信号的发送端使用串行匹配，接收端使用并行匹配。匹配电阻要符合传输阻抗。如果有可能，最好做板级的模拟来选择匹配电阻的大小。Cyclone III芯片有部分管脚可以设置片内串行匹配电阻OCT。

      F.板级模拟。Altera提供芯片的IBIS和HSPICE模型，可以用来仿真。

2.供电考虑

A.供电电压包括

     Vccint  内核电压，1.2V

      Vccio     I/O电压 ，每个bank可以不一样 。3.3V最常用。

       Vcca    PLL的模拟供电电压,2.5V  比Cyclone II芯片高

       Vccd_pll  PLL的数字供电电压,1.2V

      Vref      电压参考信号的参考电压

建议使用linear regulator给Vcca供电，对其它数字电压，使用linear 或者 switching regulators。用linear regulator的噪声会好一些。

电源芯片和FPGA之间，需要串联磁珠（ferrite bead），电容一端接电源，一端接地。去耦的电路根据具体的设计要求决定。有钱就用钽电容（tantalumcapacitors）。

pcb设计，最好有专门的电源层。

B.PLL的供电。PLL包含模拟器件，因此有更严格的供电的要求。

        1)到Vcca的电源走线要宽，20mil

        2)Vccd的电源要干净

       3)所有的pll供电脚都要连好，无论是否使用这个pll

       4)使用独立的linear regulator对PLL供电

        5)每个Vcca和Vccd都要去耦电路，Altera有参考设计

        6)Gnda要连接到隔离的模拟地上。

3.器件上电

      Cyclone III芯片支持热切换和上电复位，不需要额外的复位芯片。

下面是上电过程：

Cyclone III对于Vccint,Vccio等电压的上电顺序没有要求，只要是单调上升的就可以了。对上电时间，如果是正常的POR，<50ms即可。如果设置为快速POR，那么上电时间<3ms。

如果需要支持热插拔，需要考虑更多。

芯片的POR电路，会检测Vccint和Vcca的电压，如果低于阀值，会复位芯片。但不会检测Vccio电压。

总结一句，Cyclone III芯片的电源管理很好，省了很多外部芯片。

4.配置管脚连接

具体的配置电路，有参考设计。注意和Cyclone II有所不同，最好不要沿用老电路（似乎用老电路也可以跑^_^)。

这是常用的配置方式。其它配置方式的参考电路也都有，注意任何方式都得要按照参考电路来，不能想当然的连接。

5.配置的相关细节

用AS配置模式，bank1的Vccio必须为3.3V。

Cyclone III的DCLK为40MHz，EPCS器件中，EPCS16和EPCS64都能支持。但EPCS4器件有0.18和0.15两种工艺批次。前者只能支持20MHz，因此不能配合Cyclone III使用。

使用AP模式，需要P30和P33的flash。同样的，flash需要支持40MHz的DCLK。注意TSOP封装不支持这个速度，FBGA封装支持。

下图为配置芯片的选择