FPGA上同步开关噪声的分析与解决方法介绍

下图显示了电源网络的频域特性在不同电容作用下的仿真结果。初始的频域仿真可以看到电源网络阻抗在230Mhz 的频点附近达到最大值。随后的仿真显示了ODC（On DieCapacitance）和OPD（On Package Decoupling）的效果。其中OPD 作用在低频的范围，ODC 作用在较高频的范围。

时域仿真显示芯片内部电源的提高，这个结果也是符合实测的结果。

3. 封装和芯片中的去耦电容

下图显示了电源网络的频域特性在不同电容作用下的仿真结果。初始的频域仿真可以看到电源网络阻抗在230Mhz 的频点附近达到最大值。随后的仿真显示了ODC（On DieCapacitance）和OPD（On Package Decoupling）的效果。其中OPD 作用在低频的范围，ODC 作用在较高频的范围。

时域仿真显示芯片内部电源的提高，这个结果也是符合实测的结果。

可能的解决方法

1．可编程的电流强度

可以设置输出管脚的驱动电流强度值, 使用较小的电流值,会相应的降低SSN 噪声。这个方法要在保证信号完整性质量的情况的条件下使用。

2．可编程的信号斜率

Stratix IV的输出驱动可以可编程的输出斜率控制，这样可以配置低的噪声或者高速的性能。更快的斜率提供高速的翻转满足高性能的系统要求。慢的斜率有助于减少系统噪声，但是增加了一定的上升沿和下降沿的延迟。每一个输出管脚都有独立的边沿控制允许针对每一个输出定制斜率。

3. 可编程输出延迟

Stratix IV 器件在每一个单端输出驱动器也支持输出延迟。输出延迟链独立的控制每一个输出驱动器的上升沿和下降沿延迟。可以将同一个时钟沿翻转的管脚分成几组不同的延迟输出，有助于减少同步切换噪声。这个方法是在使用时序的余量来优化噪声。

4．合理的端接

合理的端接有利于减少反射，从而减少串扰的影响。Stratix IV器件的动态串行和并行端接可以提供阻抗匹配和端接能力。片内端接提供了比片外端接更好的信号质量，减少了寄生参数，同时减少板的面积也降低了成本。

5．软地和软电源

另外,未用的输入输出管脚散布在翻转的管脚之间,未用的管脚的状态会影响整体的SSN性能。把这些未用的管脚在单板上连接到平面或者电源平面有助于减少SSN 噪声。这种未用管脚的设计一般称为软地。