Hitahönnun FPGA hringrásarborðs

PCB hitaleiðni hönnun á FPGA kjarna stjórnborði

Á undanförnum árum, með smæðingu, samþættingu og mátvæðingu rafeindavara, hefur uppsetningarþéttleiki rafeindahluta aukist og virkt hitaleiðnisvæði hefur minnkað. Þess vegna hefur varmahönnun rafeindaíhluta með miklum krafti og hitaleiðni á borði á borði vakið athygli rafeindaverkfræðinga. Ein af lykiltækninni um hvort FPGA stjórnkerfið geti virkað eðlilega er hitaleiðni kerfisins. Tilgangur PCB varma hönnunar er að gera viðeigandi ráðstafanir og aðferðir til að draga úr hitastigi íhluta og PCB borðs, þannig að kerfið geti unnið venjulega við viðeigandi hitastig. Þó að það séu margar hitaleiðniráðstafanir fyrir PCB, er nauðsynlegt að huga að kröfum um hitaleiðnikostnað og framkvæmanleika. Í þessari grein, með greiningu á raunverulegum hitaleiðnivandamálum FPGA kjarna stjórnborðsins, er nauðsynleg hitaleiðnihönnun fyrir PCB FPGA stjórnborðsins framkvæmd, þannig að FPGA stjórnborðið hafi góða hitaleiðni þegar unnið er. .

1. FPGA stjórnborð og hitaleiðni
Hannaðu FPGA kjarna stjórnborð fyrir kennslu- og vísindarannsóknir, sem er aðallega samsett af aðalstýringarflís FPGA, auk 3,3V og plús 1,2V aflgjafarásum, 50MHz klukkurás, endurstillingarrás, JTAG og AS niðurhalsviðmótrás, SRAM minni og I/O sem leiðir út viðmótið og aðra hluta. Aðalstýringarflís FPGA samþykkir EP3C5E144C7 í CycloneIII röð QFP pakka Altera Company. Uppbygging FPGA kjarna stjórnborðskerfisins er sýnd á mynd 1.

Mynd 1 FPGA kjarna stjórnborðskerfisarkitektúr

Helstu hitagjafar á FPGA kjarna stjórnborðs PCB eru:

(1) Stjórnborðið þarfnast ýmissa aflgjafa eins og plús 5V, plús 3,3V og plús 1,2V. Rafmagnseiningin framleiðir mikinn hita þegar hún vinnur í langan tíma. Ef ekki er gripið til árangursríkra kælingarráðstafana verður rafmagnseiningin heit og getur ekki virkað eðlilega.

(2) FPGA klukkutíðni stjórnborðsins er 50MHz og þéttleiki PCB raflagna er hár. Með aukinni kerfissamþættingu er orkunotkun kerfisins tiltölulega mikil og nauðsynlegt er að gera nauðsynlegar hitaleiðniráðstafanir fyrir FPGA flísinn.

(3) Undirlag PCB sjálfs myndar hita og koparleiðarinn er eitt af grunnmótunarefnum PCB. Viðnám koparleiðarahúðuðu tæringarlínunnar sjálfrar er hituð vegna taps á riðstraumsafli.

Byggt á ofangreindri greiningu á hitagjafa hringrásarkerfis FPGA kjarnastýriborðsins er nauðsynlegt að gera nauðsynlegar hitaleiðniráðstafanir fyrir FPGA kjarnastýringarborðið til að bæta stöðugleika og áreiðanleika kerfisins.

2. PCB hitaleiðni hönnun FPGA stjórnborðs
2.1 Kraftkælingarhönnun

FPGA kjarna stjórnborðið er tengt við plús 5v~b DC aflgjafa, sem þarf til að veita straum sem er lA eða hærri. Afleiningin velur LDO flöguna LT1ll7, sem breytir plús 5V DC aflgjafanum í plús 3,3VVCCIO tengispennuna og plús 1,2VVCCINT kjarnaspennu sem krafist er af aðalstýringarflísnum EP3C5E144C7. LT1117 er pakkað í litla SOT23 flís.

Með ofangreindri greiningu er hægt að vita að tvær LT1117 flísar eru nauðsynlegar til að hanna aflrásina til að uppfylla aflgjafakröfur plús 3,3V og plús 1,2V sem krafist er af FPGA. Hitaleiðni rafeiningarinnar er meðhöndluð sem hér segir við PCB hönnun:

(1) Þar sem afleiningarnar munu mynda ákveðið magn af hita þegar þær vinna í langan tíma, haltu ákveðinni fjarlægð þegar þú leggur út aðliggjandi afleiningar. Ef fjarlægðin er of nálægt er hún ekki til þess fallin að losa hita. Þegar þú leggur út skaltu stilla fjarlægðina milli tveggja LDO flísanna LT11l7 á 20 mm eða meira.

(2) Framkvæmdu sérstaka koparhúðunarmeðferð á þeim stað þar sem LDO flís LT1117 er settur, sem stuðlar að hitaleiðni aflgjafans.

(3) Ef nauðsyn krefur, bætið hitavaski við LDO flöguna til að tryggja hraða hitaleiðni rafeiningarinnar og veita eðlilega aflgjafa fyrir FPGA flöguna.

2.2 Hitaleiðni með hönnun

Settu nokkrar varmaleiðandi málmhúðaðar brautir neðst á og nálægt íhlutum sem mynda mikinn hita á PCB. Hitaleiðni í gegnum er lítið gat sem fer í gegnum PCB og þvermálið er um 0,4 mm til 1 mm. . . Ljósopið ætti ekki að vera of stórt, og fjarlægðin á milli ganganna ætti að vera stillt á 1 mm til 1,2 mm. Götin fara í gegnum prentplötuna, þannig að hitinn á framhlið prentplötunnar er fljótt sendur til annarra hitaleiðnilaga meðfram bakhlið PCB, og íhlutirnir á hitayfirborðinu eru kældir hratt og geta í raun aukist. hitaleiðni svæði og draga úr hitauppstreymi viðnám, auka kraft hringrás borð þéttleika.

2.3 FPGA flís hitaleiðni hönnun

Aðaluppspretta FPGA flíshita er kraftmikil orkunotkun, svo sem orkunotkun kjarnaspennu og orkunotkun I/O spennu, orkunotkun sem myndast af minni, innri rökfræði og kerfinu og FPGA stjórn á virknieiningum þess (svo sem myndband , hljóðeining o.s.frv.) mun framleiða orku Þess vegna er nauðsynlegt að dreifa hita á FPGA flísinn þegar hiti myndast. Við hönnun QFP-pakkans FPGA-flögunnar er koparþynnu með stærðinni 4,5mmX4,5mm bætt við miðju FPGA-flögunnar og hannaður ákveðinn fjöldi hitaleiðnispúða og einnig er hægt að bæta við hitaköfum skv. til raunverulegra þarfa.

2.4 Kopar hitaleiðni hönnun

PCB koparhúð getur ekki aðeins bætt truflunargetu hringrásarinnar heldur einnig stuðlað að hitaleiðni PCB borðsins. Almennt eru tvær aðferðir við koparklæðningu í PCB hönnun með AltiumDesignerSummer09 hugbúnaði, það er koparklæðning á stóru svæði og ristlaga koparklæðningu. Ókosturinn við koparþynna með stóru svæði er að PCB borðið myndar mikinn hita þegar það vinnur í langan tíma, sem gerir það að verkum að koparþynnan er auðvelt að stækka og falla af. Þess vegna, með tilliti til góðrar hitaleiðniframmistöðu PCB, er ristlaga koparþynna notuð við hönnun PCB koparklæðningar og ristið er tengt við jarðtengingarkerfi hringrásarinnar til að bæta hlífðaráhrif og hitaleiðni. kerfi.

PCB hitaleiðni hönnun er lykilhlekkur til að tryggja stöðugleika og áreiðanleika PCB borða, og val á hitaleiðni aðferð er aðal þátturinn sem þarf að hafa í huga. Hönnun og beiting sérstakra hitaleiðniráðstafana er kjarnaatriði PCB hitaleiðni. Í þessari grein, þegar PCB FPGA kjarnastýriborðsins er hannað, er greining á hitagjafa FPGA stjórnkerfisins útgangspunkturinn og í samræmi við raunverulegar kröfur um hitaleiðni er afleining FPGA stjórnborðsins, FPGA stjórnflís, hitaleiðnileiðir og koparhitaleiðni eru hönnuð. Hitaleiðniaðferðin sem notuð er af FPGA stjórnborðinu hefur einkenni hagkvæmni, litlum tilkostnaði og auðveldri framkvæmd.