AN 958: ボード・デザイン・ガイドライン

ダウンロード PDF
ID 683073
日付 1/28/2022
Public
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

5.5. Sパラメーター

伝送線路の電圧や電流を定義し、マイクロ波周波数で測定することは困難です。これは通常、直接測定には、特定の方向に進む波、または定在波の大きさ (電力から推測) と位相が含まれるためです。したがって、等価電圧と等価電流、および関連するインピーダンスとアドミタンスのマトリックスは、高周波ネットワークを扱う場合には、ある程度抽象化されます。

直接測定、および入射波、反射波、透過波の概念と同質性の高い表現は、散乱行列 (Sパラメーター) です。Sパラメーターがよく使われるのは、さまざまな伝送線路構造のインピーダンス、総損失、入力反射減衰量、挿入損失、およびアイソレーションとクロストークを定量化したい場合です。この概念が最も役立つのは、周波数において集中パラメーターではなく分散パラメーターを考慮する必要がある場合です。

Sパラメーターを理解するために、図 85 に示す2ポート・ネットワークについて考えてみます。ネットワークには、伝送線路、または任意の線形時間不変成分を含めることができます。ポート1と2の入射電圧はE11 とE12 です。反射電圧はER1 とER2 です。Z0 は伝送線路の特性インピーダンスです。ZS とZL は、ソースと負荷のインピーダンスです。

図 85. Sパラメーター

入射電圧波と反射電圧波を2ポート・ネットワークの両側で取得し、それを特性インピーダンスZ0の平方根で割ると、新しい変数 (a1、2、b1、およびb2) が得られます。これは、各ポートの正規化された電圧波の振幅です。

a1 (| a1|2) の大きさの2乗は、ポート1への入射電力を表し、(| b1|2) は、このポートからの反射電力を表します。同じ関係式が、ポート2にも適用します。

結果として得られるパラメーターは、ネットワークからの散乱波 (反射波) を入射波に関連付けます。このパラメーターはSパラメーターと呼ばれ、次のように定義されます。

ここで、S11 は入力反射係数です。S21 はネットワークを介した順方向伝送です。S12 はネットワークを介した逆方向伝送です。S22 は出力反射係数です。

Sパラメーターの測定設定をは、図 86 および図 87 に示すとおりです。この測定には、次の条件を適用します。

図 86. S11 およびS21 の測定セットアップ
図 87. S22 およびS12 の測定セットアップ

例えば、S11 を測定するには、a2 = 0であることを確認します。これを行うには、負荷からの反射がないことを確認します (つまり、ZL = Z0 に設定します)。

Sパラメーターの測定には通常、ネットワーク・アナライザーを使用します。
  • a1=EI1/√Z0 a2=EI2/√Z0
  • b1=ER1/√Z0 b2=EI2/√Z0
  • b1=S11a1+S12a2
  • b2=S21a1+S22a2
  • S11=(a2/b1) | a2=0
  • S21=(b2/a1) | a2=0
  • S12=(b1/a2) | a1=0
  • S22=(b2/a2) | a1=0
レベル 2 の表題