2、工作频率低于1MHz时，噪声一般由电场或磁场引起，（磁场引起时干扰，一般在几百赫兹以内），1MHz以上，考虑电磁于扰。单板上的屏蔽实体包括变压器、传感器、放大器、DC/DC模块等。更大的涉及单板间、子架、机架的屏蔽。3、静电屏蔽不要求屏蔽体是封闭的，只要求高电导率材料和接地两点。电磁屏蔽不要求接地，但要求感应电流在上有通路，故必须团合。磁屏蔽要求高磁导率的材料做封闭的屏蔽体，为了让涡流产生的磁通和干扰产生的磁通相消达到吸收的目的，对材料有厚度的要求。高频情况下，三者可以统一，即用高电导率材料（如铜）封闭并接地。4、对低频，高电导率的材料吸收衰减少，对磁场屏蔽效果不好，需采用高磁导率的材料（如镀锌铁）。5、磁场屏蔽还取决于厚度、几何形状、孔洞的最大线性尺寸。6、磁耦合感应的噪声电压U=jwB.A.coso=jwM.It，（A为电路2闭合环路时面积：B为磁通密度；M为互感：I，为干扰电路的电流。降低噪声电压，有两个途径，对接收电路而言，B、A和COSO必须减小；对干扰源而言，M和I.必须减小。双绞线是个很好例子。它大大减小电路的环路面积，并同时在绞合的另一根芯线上产生相反的电动势。7、防止电磁泄露的经验公式：缝隙尺寸<入min/20。好的电缆屏蔽层覆视率应为70%以上。五、接地1、300KHz以下一般单点接地，以上多点接地，混合接地频率范围50KHz～10MHz。另一种分法是：<0.05入单点接地：<0.05入多点接地。2、好的接地方式：树形接地电源地信号地自多点接地。多级电路的接地选择告近低电平端并按信号由小到大逐步移动的原则。单点接地3、信号电路辉蔽罩的接地。y4f4-06-ctly
yf-f4-06-cjy 2、工作频率低于 1MHz 时，噪声一般由电场或磁场引起，(磁场引起时干扰， 一般在几百赫兹以内)，1MHz 以上，考虑电磁干扰。单板上的屏蔽实体 包括变压器、传感器、放大器、DC/DC 模块等。更大的涉及单板间、子 架、机架的屏蔽。 3、静电屏蔽不要求屏蔽体是封闭的，只要求高电导率材料和接地两点。电 磁屏蔽不要求接地，但要求感应电流在上有通路，故必须闭合。磁屏蔽 要求高磁导率的材料做封闭的屏蔽体，为了让涡流产生的磁通和干扰产 生的磁通相消达到吸收的目的，对材料有厚度的要求。高频情况下，三 者可以统一，即用高电导率材料(如铜)封闭并接地。 4、对低频，高电导率的材料吸收衰减少，对磁场屏蔽效果不好，需采用高 磁导率的材料(如镀锌铁)。 5、磁场屏蔽还取决于厚度、几何形状、孔洞的最大线性尺寸。 6、磁耦合感应的噪声电压 UN＝jwB.A.coso＝jwM.I1，(A 为电路 2 闭合环路 时面积；B 为磁通密度；M 为互感；I1为干扰电路的电流。降低噪声电压， 有两个途径，对接收电路而言，B、A 和 COS0 必须减小；对干扰源而言， M和I1必须减小。双绞线是个很好例子。它大大减小电路的环路面积， 并同时在绞合的另一根芯线上产生相反的电动势。 7、防止电磁泄露的经验公式：缝隙尺寸 < λmin/20。好的电缆屏蔽层覆视 率应为 70％以上。 五、接地 1、300KHz 以下一般单点接地，以上多点接地，混合接地频率范围 50KHz～ 10MHz。另一种分法是：< 0.05λ单点接地；< 0.05λ多点接地。 2、好的接地方式：树形接地 3、信号电路屏蔽罩的接地。 电源地 信号地 多点接地。多级电路的接地选择 告近低电平端并按信号由小到 大逐步移动的原则。 单点接地
632接地点选在放大器等输出端的地线上。4、对电缆屏蔽层，L<0.15入时，一般均在输出端单点接地。L<0.15入时，则采用多点接地，一般屏蔽层按0.05入或0.1入间隔接地。混合接地时，一端屏蔽层接地，一端通过电容接地。5、对于射频电路接地，要求接地线尽量要短或者根本不用接线而实现接地。最好的接地线是扁平铜编织带。当地线长度是入/4波长的奇数倍时，阻抗会很高，同时相当入/4天线，向外辐射干扰信号。6、单板内数字地、模拟地有多个，只允许提供一个共地点。7、接地还包括当用导线作电源回线、搭接等内容。六、滤波1、选择EMI信号滤波器滤除导线上工作不需要的高频干扰成份，解决高频电磁辐射与接收干扰。它要保证良好接地。分线路板安装滤波器、贯通滤波器、连接器滤波器。从电路形式分，有单电容型、单电感型、L型、元型。元型滤波器通带到阻带的过渡性能最好，最能保证工作信号质量。一个典型信号的频谱：-70.9A0.5A0.1Atr-傅里叶变换yt-4064is
yf-f4-06-cjy 接地点选在放大器等输出端的地线上。 4、对电缆屏蔽层，L < 0.15λ时，一般均在输出端单点接地。L<0.15λ时， 则采用多点接地，一般屏蔽层按 0.05λ或 0.1λ间隔接地。混合接地时， 一端屏蔽层接地，一端通过电容接地。 5、对于射频电路接地，要求接地线尽量要短或者根本不用接线而实现接地。 最好的接地线是扁平铜编织带。当地线长度是λ/4 波长的奇数倍时， 阻抗会很高，同时相当λ/4 天线，向外辐射干扰信号。 6、单板内数字地、模拟地有多个，只允许提供一个共地点。 7、接地还包括当用导线作电源回线、搭接等内容。 六、滤波 1、选择 EMI 信号滤波器滤除导线上工作不需要的高频干扰成份，解决高频 电磁辐射与接收干扰。它要保证良好接地。分线路板安装滤波器、贯通 滤波器、连接器滤波器。从电路形式分，有单电容型、单电感型、L 型、 π型。π型滤波器通带到阻带的过渡性能最好，最能保证工作信号质量。 一个典型信号的频谱： 2 1 3 T 0.1A t r τ 0.5A 0.9A A 傅里叶变换
20dB/decade40dB/decade11f,=fi-元Tnt2、选择交直流电源滤波器抑制内外电源线上的传导和辐射干扰，既防止EMI进入电网，危害其它电路，又保护设备自身。它不衰减工频功率。DM（差摸）干扰在频率<1MHz时占主导地位。CM在》1MHz时，占主导地位。3、使用铁氧体磁珠安装在元件的引线上，用作高频电路的去耦，滤波以及寄生振荡的抑制。4、尽可能对芯片的电源去耦（1-100nF)，对进入板极的直流电源及稳压器和DC/DC转换器的输出进行滤波（uF）。去耦环路较大电源Zp芯片分配环路Cmin~△I△t/△Vmax△Vmax一般取2%的干扰电平。注意减小电容引线电感，提高谐振频率，高频应用时甚至可以采取四芯电容。电容的选取是非常讲究的问题，也是单板EMC控制的手段。七、其它单板的干扰抑制涉及的面很广，从传输线的阻抗匹配到元器件的EMC控制，从生产工艺到扎线方法，从编码技术到软件抗于扰等。一个机器的孕育及诞生实际上是EMC工程。最主要需要工程师们设计中注入EMC意识。第二节可编程器件的使用S3.2.1FPGA产品性能和技术参数yf-f4-06-cij
yf-f4-06-cjy 2、选择交直流电源滤波器抑制内外电源线上的传导和辐射干扰，既防止 EMI 进入电网，危害其它电路，又保护设备自身。它不衰减工频功率。DM(差 摸)干扰在频率 < 1MHz 时占主导地位。CM 在 > 1MHz 时，占主导地位。 3、使用铁氧体磁珠安装在元件的引线上，用作高频电路的去耦，滤波以及 寄生振荡的抑制。 4、尽可能对芯片的电源去耦(1-100nF)，对进入板极的直流电源及稳压器和 DC/DC 转换器的输出进行滤波(uF)。 Cmin≈△I△t/△Vmax △Vmax 一般取 2％的干扰电平。 注意减小电容引线电感，提高谐振频率，高频应用时甚至可以采取四芯电容。 电容的选取是非常讲究的问题，也是单板 EMC 控制的手段。 七、其它 单板的干扰抑制涉及的面很广，从传输线的阻抗匹配到元器件的 EMC 控制， 从生产工艺到扎线方法，从编码技术到软件抗干扰等。一个机器的孕育及诞生实 际上是 EMC 工程。最主要需要工程师们设计中注入 EMC 意识。 第二节 可编程器件的使用 §3.2.1 FPGA 产品性能和技术参数 －20dB/decade －40dB/decade 1 f2= πtr 1 f1= πτ 去耦环路 Zp 芯片 较大电源 ZL 分配环路
一、FPGA概念：用户现场可编程门阵列一一FPGA器件（FieldProgrammableGateArray）是八十年代中期出现的新概念，是一种可由用户自行定义配置的高容量密度的专用集成电路（ASIC）。FPGA概念由美国Xi1inx公司首创，成为九十年代集成电路产业销售额增长速率最快的产品。与EPLD器件（ErasableProgrammableLogicDevices）相比，FPGA主要具有下述特点：1）EPLD器件为逻辑块级可编程，而FPGA为逻辑门级可编程。EPLD器件由不同个数的宏单元（Macrocel1）组合而成，宏单元作为一个整体，其内部连线相对固定，因此其编程灵活性及逻辑容量均受到限制。FPGA为门级可编程，其编程灵活性与内部逻辑容量远大于EPLD。2）FPGA器件集成度高，阵列引脚数多，功耗低。3）FPGA器件具有用户现场可编程的优越特性。由于FPGA的现场可编程特性，其在线的电路调试与修改不须将FPGA从电路板中取出，因此能以多种封装形式（如PQFP、TQFP、BGA等）减小体积，增加引I脚数量。而EPLD须用专门的编程器擦写，因而通常为PLCC封装，体积大，引脚相对较少。4）EPLD器件为EPROM-base而FPGA为SRAM-base。5）与EPLD器件相比较，FPGA的时延较难控制。二、FPGA的基本结构与基本工作原理：1、FPGA的组成与结构：CLB:ConfigurableLogicBlockIOB:Input/OutputBlockPIC:ProgrammableInterconnectSRAM阵列人内部晶体振荡器2、FPGA的结构特点：1）FPGA内部为逻辑单元阵列（LCA：LogicCellArray）结构：在FPGA中，CLB作为逻辑组件的基本单元，通过一定的内部连线连接在一起以综合阵列中的逻辑功能，形成LCA结构。CLB为门级结构，但LCA对用户而言表现为逻辑块的特性，使得LCA具有一个极强的逻辑解来实现优化的高密度门阵列。2）FPGA内部逻辑功能的配置是基于内部阵列分布的SRAM原理：FPGA器件的编程实现，实际上是由加载于其内部阵列分部的SRAM上的配置数据决定和控制各个CLB、IOB的逻辑功能及PIC之间的互连关系。因此，允许LCA靠简单的加载新的数据进行配置SRAM单元，从而实现芯片新的逻辑配置。通过加载不同的配置数据，芯片逻辑功能可不断更新，反复使用。3、FPGA的基本工作原理：y-f4-06-ciy
yf-f4-06-cjy 一、FPGA 概念： 用户现场可编程门阵列——FPGA 器件（Field Programmable Gate Array）是八十年代 中期出现的新概念，是一种可由用户自行定义配置的高容量密度的专用集成电路（ASIC）。 FPGA 概念由美国 Xilinx 公司首创，成为九十年代集成电路产业销售额增长速率最快的产品。 与 EPLD 器件（Erasable Programmable Logic Devices)相比，FPGA 主要具有下述特点： 1）EPLD 器件为逻辑块级可编程，而 FPGA 为逻辑门级可编程。 EPLD 器件由不同个数的宏单元（Macrocell）组合而成，宏单元作为一个整体，其内部 连线相对固定，因此其编程灵活性及逻辑容量均受到限制。FPGA 为门级可编程，其编程灵 活性与内部逻辑容量远大于 EPLD。 2）FPGA 器件集成度高，阵列引脚数多，功耗低。 3）FPGA 器件具有用户现场可编程的优越特性。 由于 FPGA 的现场可编程特性，其在线的电路调试与修改不须将 FPGA 从电路板中取出， 因此能以多种封装形式（如 PQFP、TQFP、BGA 等）减小体积，增加引脚数量。而 EPLD 须用 专门的编程器擦写，因而通常为 PLCC 封装，体积大，引脚相对较少。 4）EPLD 器件为 EPROM-base 而 FPGA 为 SRAM-base。 5）与 EPLD 器件相比较，FPGA 的时延较难控制。 二、FPGA 的基本结构与基本工作原理： 1、FPGA 的组成与结构： CLB:Configurable Logic Block IOB:Input/Output Block PIC:Programmable Interconnect SRAM 阵列 内部晶体振荡器 2、FPGA 的结构特点： 1）FPGA 内部为逻辑单元阵列（LCA：Logic Cell Array）结构： 在 FPGA 中，CLB 作为逻辑组件的基本单元，通过一定的内部连线连接在一起以综合阵 列中的逻辑功能，形成 LCA 结构。CLB 为门级结构，但 LCA 对用户而言表现为逻辑块的特性， 使得 LCA 具有一个极强的逻辑解来实现优化的高密度门阵列。 2）FPGA 内部逻辑功能的配置是基于内部阵列分布的 SRAM 原理： FPGA 器件的编程实现，实际上是由加载于其内部阵列分部的 SRAM 上的配置数据决定和 控制各个 CLB、IOB 的逻辑功能及 PIC 之间的互连关系。因此，允许 LCA 靠简单的加载新的 数据进行配置 SRAM 单元，从而实现芯片新的逻辑配置。通过加载不同的配置数据，芯片逻 辑功能可不断更新，反复使用。 3、FPGA 的基本工作原理：
1）FPGA的工作模式：FPGA的工作模式有主动模式、周边模式和从动模式三种。不同的工作模式可通过模式选择控制位来控制。A、主动模式：在主动模式下，LCA自动地从外部PROM或EPROM加载配置的程序数据。主动模式又可分类如下：主动并行低地址模式主动并行模式主动并行高地址模式主动串行模式并行模式中，在相应的时钟控制下，配置数据并行地进入FPGA器件，在内部再变成串行。为了能使LCA与其它器件分享外部存储器，占用不同的地址段，LCA在主动并行模式下提供高、低地址两种模式，使得LCA按不同的顺序产生地址信号。其中高地址模式是从高地址向低地址读数，低地址模式是从低地址向高地址读数。串行模式中，在相应的时钟信号控制下，配置数据串行地由外部的PROM器件进入LCA的内部存储区。当单片FPGA不足以定义数字系统完整的逻辑功能时，可以采用多个FPGA芯片，以一定的格式相互连接，分部定义，从而总合地完成整个系统的功能。这种链连的电路方式构成菊花链。在这种情况下，第一片FPGA应选择主动模式，作为其它链连的FPGA的数据源且控制从动器件。B、周边模式：周边模式提供一个简单的接口，通过该接口，FPGA器件可作为一个周边设备，由微处理器直接加载配置，数据以串行方式输入FPGA。当系统使用多个FPGA器件时，每个器件可选定微处理器数据总线的一个数据位，这样多个器件就可在微处理器每一个写周期同时加载，这种“宽边”加载方法提供了一个非常简单而又高效的多器件同时加载的实现途径。C、从动模式：处于从动模式的FPGA，在加载过程中数据及与其同步的时钟均由外部电路提供。通常，从动模式用于对菊花链上的后接器件的配置，每个从器件的数据均由链上的上一个器件提供，时钟由首器件提供。2）FPGA的工作原理：FPGA设计的主要目的在于实现应用系统的逻辑设计，通过相应的FPGA开发系统将逻辑关系转换成一定格式的FPGA芯片配置数据，并基于一定的配置工作模式，将数据配置于芯片内部的SRAM点阵，从而使芯片成为具有一定逻辑功能的单片系统。FPGA的工作模式由模式配置引脚MO、M1、M2配置，系统上电后LCA自动开始进行初始y-f4-0-ciy
yf-f4-06-cjy 1）FPGA 的工作模式： FPGA 的工作模式有主动模式、周边模式和从动模式三种。不同的工作模式可通过模式 选择控制位来控制。 A、主动模式： 在主动模式下，LCA 自动地从外部 PROM 或 EPROM 加载配置的程序数据。主动模式又可 分类如下： 主动并行低地址模式 主动并行模式 主动并行高地址模式 主动串行模式 并行模式中，在相应的时钟控制下，配置数据并行地进入 FPGA 器件，在内部再变成串 行。为了能使 LCA 与其它器件分享外部存储器，占用不同的地址段，LCA 在主动并行模式下 提供高、低地址两种模式，使得 LCA 按不同的顺序产生地址信号。其中高地址模式是从高地 址向低地址读数，低地址模式是从低地址向高地址读数。 串行模式中，在相应的时钟信号控制下，配置数据串行地由外部的 PROM 器件进入 LCA 的内部存储区。 当单片 FPGA 不足以定义数字系统完整的逻辑功能时，可以采用多个 FPGA 芯片，以一定 的格式相互连接，分部定义，从而总合地完成整个系统的功能。这种链连的电路方式构成菊 花链。在这种情况下，第一片 FPGA 应选择主动模式，作为其它链连的 FPGA 的数据源且控制 从动器件。 B、周边模式： 周边模式提供一个简单的接口，通过该接口，FPGA 器件可作为一个周边设备，由微处 理器直接加载配置，数据以串行方式输入 FPGA。当系统使用多个 FPGA 器件时，每个器件可 选定微处理器数据总线的一个数据位，这样多个器件就可在微处理器每一个写周期同时加 载，这种“宽边”加载方法提供了一个非常简单而又高效的多器件同时加载的实现途径。 C、从动模式： 处于从动模式的 FPGA，在加载过程中数据及与其同步的时钟均由外部电路提供。通常， 从动模式用于对菊花链上的后接器件的配置，每个从器件的数据均由链上的上一个器件提 供，时钟由首器件提供。 2）FPGA 的工作原理： FPGA 设计的主要目的在于实现应用系统的逻辑设计，通过相应的 FPGA 开发系统将逻辑 关系转换成一定格式的 FPGA 芯片配置数据，并基于一定的配置工作模式，将数据配置于芯 片内部的 SRAM 点阵，从而使芯片成为具有一定逻辑功能的单片系统。 FPGA 的工作模式由模式配置引脚 M0、M1、M2 配置，系统上电后 LCA 自动开始进行初始