隨著現場可編程門陣列（FPGA）已發展成為真正的可編程系統級芯片，利用這些芯片設計印制電路板（PCB）的任務變得愈加復雜。目前動輒數百萬門的電路密度和6Gbps以上的收發器數據傳輸率及其它考慮事項影響著系統開發人員在機械和電氣方面的板級設計工作。裸片、芯片封裝和電路板構成了一個緊密連結的系統，在這個系統中，要完全實現FPGA的功能，需要對PCB板進行精心設計。

采用高速FPGA進行設計時，在板開發之前和開發期間對若干設計問題進行考慮是十分重要的。其中包括：通過濾波和在PCB板上的所有器件上均勻分配足夠功率來減小系統噪聲；正確端結信號線，以把反射減至最?。话寻迳羡E線之間的串擾降至最低；減小接地反彈和Vcc降低（也稱為Vcc凹陷）的影響；正確匹配高速信號線上的阻抗。

任何人在為性能極高的FPGA設計IC封裝時，都必須特別注意信號完整性和適于所有用戶和應用的多功能性之間的平衡問題。例如，Altera最大的Stratix II GX器件采用1，508引腳封裝，工作電壓低至1.2V，并具有734個標準I/O、71個低壓差分信令（LVDS）信道。它還有20個高速收發器，支持高達6.375Gbps的數據率。這就讓該架構能夠支持許多高速網絡和通信總線標準，包括PCI Express和SerialLite II。

在設計中，用戶可以通過優化引腳排列來減少串擾。信號引腳應該盡可能靠近接地引腳，以縮短封裝內的環路長度，尤其是重要的高速I/O。在高速系統中，主要的串擾源是封裝內信號路徑之間的電感耦合。當輸出轉換時，信號必須找到通過電源/接地平面的返回路徑。環路中的電流變化產生磁場，從而在環路附近的其它I/O引腳上引起噪聲。同時轉換輸出時，這種情形加劇。因為環路越小，感應就越小，故電源或接地引腳靠近每個高速信號引腳的封裝可以把附近I/O引腳上的串擾影響減至最小。

為了把電路板成本降至最低，并把所有信號路徑的系統信號完整性提高到最大，需要對電路板材料、分層數目（堆疊）和版圖進行精心的設計和構建。把數百個信號從FPGA發送到板上或其周圍是一個很困難的任務，需要使用EDA工具來優化引腳的排列和芯片的布局。有時采用稍微大點的FPGA封裝能夠降低板成本，因為它可以減少電路板的層數及其它的板加工限制。

PCB板上的一條高速信號路徑，由一條板上跡線代表，其對中斷非常敏感，如電路板層和電路板連接器之間的通孔。這些及其它中斷都會降低信號的邊緣速率，造成反射。因此，設計人員應該避免通孔和通孔根（via stub）。如果通孔是不可避免的，應讓通孔引線盡可能地短。對差分信號進行布線時，讓差分對的每一條路徑使用一個相同結構的通孔；這就讓通孔引起的信號中斷處于共模中。如果可能的話，在常規通孔處使用盲孔?；蚴褂梅淬@，因為通孔根的損耗導致的中斷會更少。

為了改善時鐘信號的信號完整性，應該遵循以下原則：

在時鐘信號被發送到板上元件之前，盡可能將之保持在單個板層上；始終以一個平面作為最小參考面。

沿鄰近接地平面的內層發送快速邊緣信號，以控制阻抗，減小電磁干擾。

正確端結時鐘信號，以把反射降至最小。

最好使用點對點時鐘跡線。

圖1：將串擾降至最低的指導原則。

某些FPGA，如Stratix II GX系列，帶有支持數種I/O標準的片上串聯端接電阻。這些片上電阻可被設置為25歐姆或50歐姆的單端電阻，支持LVTTL、LVCMOS和SSTL-18或SSTL-2單端I/O標準；此外，還支持100歐姆的LVDS和HyperTransport輸入端片上差分匹配電阻。差分收發器I/O帶有可編程為100、120或150歐姆的片上電阻，并可自動校準是反射最小化。

利用內部電阻代替外部器件對系統有好幾個好處。片上端接可以消除引線的影響，并使傳輸線上的反射最小，從而提高信號完整性。片上端接還使所需的外部元件被減至最少，設計人員可以使用較少的電阻、較少的板線跡，減小板空間。這樣一來，就可以簡化版圖，縮短設計周期，降低系統成本。由于板上元件較少，電路板可靠性也得以增強。

串擾抑制

電路板設計中，為了盡量減少串擾，微帶線和帶狀線的布線可以遵循幾種指導原則。對于雙帶線版圖，布線是在兩層內板上進行，兩面都有一個電壓參考面，這時最好所有鄰近層板的導線都采用正交布線技術，盡量增大兩個信號層之間的介質材料厚度，并最小化每個信號層與其鄰近參考平面間的距離，同時保持所需要的阻抗。

微帶線或帶狀線布線指導原則

線跡間距至少三倍于電路板布線層間介質層的厚度；最好使用仿真工具預先模擬其行為。

對臨界高速網絡用差分代替單端拓撲，以把共模噪聲的影響減至最小。在設計限度內，盡量匹配差分信號路徑的正負引腳。

減小單端信號的耦合效應，留有適當間隔（大于三倍的線跡寬度），或者是在不同板層上布線（鄰近層布線彼此正交）。此外，使用仿真工具也是滿足間距要求的一個好辦法。

把信號端接信號間的并行長度減至最短。