FPGA সার্কিট বোর্ডের তাপীয় নকশা

এফপিজিএ কোর কন্ট্রোল বোর্ডের পিসিবি তাপ অপচয় নকশা

সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, ইলেকট্রনিক পণ্যগুলির ক্ষুদ্রকরণ, একীকরণ এবং মডুলারাইজেশনের সাথে, ইলেকট্রনিক উপাদানগুলির ইনস্টলেশন ঘনত্ব বৃদ্ধি পেয়েছে এবং কার্যকর তাপ অপচয় ক্ষেত্র হ্রাস পেয়েছে। অতএব, উচ্চ-শক্তি ইলেকট্রনিক উপাদানগুলির তাপ নকশা এবং সার্কিট বোর্ডগুলির বোর্ড-স্তরের তাপ অপচয় ইলেকট্রনিক ইঞ্জিনিয়ারদের দৃষ্টি আকর্ষণ করেছে। এফপিজিএ কন্ট্রোল সিস্টেম স্বাভাবিকভাবে কাজ করতে পারে কিনা তার অন্যতম প্রধান প্রযুক্তি হল সিস্টেমের তাপ অপচয়। PCB থার্মাল ডিজাইনের উদ্দেশ্য হল উপাদান এবং PCB বোর্ডের তাপমাত্রা কমাতে যথাযথ ব্যবস্থা এবং পদ্ধতি গ্রহণ করা, যাতে সিস্টেমটি একটি উপযুক্ত তাপমাত্রায় স্বাভাবিকভাবে কাজ করতে পারে। যদিও PCB-এর জন্য অনেকগুলি তাপ অপচয়ের ব্যবস্থা রয়েছে, তবে তাপ অপচয়ের খরচ এবং ব্যবহারযোগ্যতার প্রয়োজনীয়তাগুলি বিবেচনা করা প্রয়োজন। এই কাগজে, এফপিজিএ কোর কন্ট্রোল বোর্ডের প্রকৃত তাপ অপচয়ের সমস্যার বিশ্লেষণের মাধ্যমে, এফপিজিএ কন্ট্রোল বোর্ডের পিসিবি-র জন্য প্রয়োজনীয় তাপ অপচয় ডিজাইন করা হয়, যাতে কাজ করার সময় এফপিজিএ কন্ট্রোল বোর্ডের ভাল তাপ অপচয়ের কার্যকারিতা থাকে। .

1. FPGA নিয়ন্ত্রণ বোর্ড এবং তাপ অপচয়
শিক্ষাদান এবং বৈজ্ঞানিক গবেষণা অ্যাপ্লিকেশনের জন্য একটি FPGA কোর কন্ট্রোল বোর্ড ডিজাইন করুন, যা প্রধানত প্রধান কন্ট্রোল চিপ FPGA, প্লাস 3.3V এবং প্লাস 1.2V পাওয়ার সাপ্লাই সার্কিট, 50MHz ক্লক সার্কিট, রিসেট সার্কিট, JTAG এবং AS ডাউনলোড ইন্টারফেস সার্কিট, SRAM মেমরি দ্বারা গঠিত। এবং I/O ইন্টারফেস এবং অন্যান্য অংশগুলিকে নেতৃত্ব দিচ্ছে। প্রধান নিয়ন্ত্রণ চিপ FPGA Altera কোম্পানির CycloneIII সিরিজ QFP প্যাকেজে EP3C5E144C7 গ্রহণ করে। FPGA কোর কন্ট্রোল বোর্ড সিস্টেমের গঠন চিত্র 1 এ দেখানো হয়েছে।

চিত্র 1 FPGA কোর কন্ট্রোল বোর্ড সিস্টেম আর্কিটেকচার

এফপিজিএ কোর কন্ট্রোল বোর্ড পিসিবি-তে তাপের প্রধান উত্সগুলি হল:

(1) কন্ট্রোল বোর্ডের জন্য বিভিন্ন পাওয়ার সাপ্লাই যেমন প্লাস 5V, প্লাস 3.3V এবং প্লাস 1.2V প্রয়োজন। পাওয়ার মডিউলটি দীর্ঘ সময় ধরে কাজ করলে প্রচুর তাপ উৎপন্ন করে। কার্যকরী শীতলকরণ ব্যবস্থা গ্রহণ না করা হলে, পাওয়ার মডিউল গরম হয়ে যাবে এবং স্বাভাবিকভাবে কাজ করতে পারবে না।

(2) কন্ট্রোল বোর্ডের FPGA ঘড়ি ফ্রিকোয়েন্সি 50MHz, এবং PCB তারের ঘনত্ব বেশি। সিস্টেম ইন্টিগ্রেশন বৃদ্ধির সাথে, সিস্টেমের শক্তি খরচ তুলনামূলকভাবে বেশি, এবং FPGA চিপের জন্য প্রয়োজনীয় তাপ অপচয়ের ব্যবস্থা গ্রহণ করা আবশ্যক।

(3) PCB-এর সাবস্ট্রেট নিজেই তাপ উৎপন্ন করে, এবং তামার পরিবাহী PCB-এর মৌলিক ছাঁচনির্মাণের উপকরণগুলির মধ্যে একটি। তামার কন্ডাক্টর-লেপা জারা লাইনের প্রতিরোধ ক্ষমতা বিকল্প বর্তমান শক্তি হারিয়ে যাওয়ার কারণে নিজেই উত্তপ্ত হয়।

এফপিজিএ কোর কন্ট্রোল বোর্ডের সার্কিট সিস্টেমের তাপের উত্সের উপরোক্ত বিশ্লেষণের উপর ভিত্তি করে, সিস্টেমের স্থায়িত্ব এবং নির্ভরযোগ্যতা উন্নত করতে এফপিজিএ কোর কন্ট্রোল বোর্ডের জন্য প্রয়োজনীয় তাপ অপচয়ের ব্যবস্থা গ্রহণ করা প্রয়োজন।

2. FPGA কন্ট্রোল বোর্ডের PCB তাপ অপচয় নকশা
2.1 পাওয়ার কুলিং ডিজাইন

FPGA কোর কন্ট্রোল বোর্ড একটি প্লাস 5v~b DC পাওয়ার সাপ্লাইয়ের সাথে সংযুক্ত, যা lA বা তার উপরে কারেন্ট প্রদানের জন্য প্রয়োজন। পাওয়ার মডিউলটি এলডিও চিপ LT1ll7 বেছে নেয়, যা প্লাস 5V DC পাওয়ার সাপ্লাইকে প্লাস 3.3VVCCIO পোর্ট ভোল্টেজ এবং প্লাস 1.2VVCCINT মূল কন্ট্রোল চিপ EP3C5E144C7 দ্বারা প্রয়োজনীয় ভোল্টেজে রূপান্তরিত করে। LT1117 একটি ছোট SOT23 চিপে প্যাকেজ করা হয়েছে।

উপরের বিশ্লেষণের মাধ্যমে, এটা জানা যাবে যে FPGA-এর জন্য প্রয়োজনীয় প্লাস 3.3V এবং প্লাস 1.2V এর পাওয়ার সাপ্লাই প্রয়োজনীয়তা মেটাতে পাওয়ার সার্কিট ডিজাইন করতে দুটি LT1117 চিপ প্রয়োজন। পাওয়ার মডিউলের তাপ অপচয় পিসিবি ডিজাইনের সময় নিম্নরূপ পরিচালনা করা হয়:

(1) যেহেতু পাওয়ার মডিউলগুলি দীর্ঘ সময় ধরে কাজ করার সময় একটি নির্দিষ্ট পরিমাণ তাপ উৎপন্ন করবে, তাই সংলগ্ন পাওয়ার মডিউলগুলি স্থাপন করার সময় একটি নির্দিষ্ট দূরত্ব বজায় রাখুন। যদি দূরত্ব খুব কাছাকাছি হয় তবে তা তাপ অপচয়ের জন্য উপযুক্ত নয়। লেয়ার আউট করার সময়, দুটি LDO চিপ LT11l7 থেকে 20 মিমি বা তার বেশি দূরত্ব সেট করুন।

(2) LDO চিপ LT1117 যে অবস্থানে স্থাপন করা হয়েছে সেখানে পৃথক তামার আবরণ চিকিত্সা করুন, যা বিদ্যুৎ সরবরাহের তাপ অপচয়ের জন্য সহায়ক।

(3) প্রয়োজন হলে, পাওয়ার মডিউলের দ্রুত তাপ অপচয় নিশ্চিত করতে এবং FPGA চিপের জন্য স্বাভাবিক বিদ্যুৎ সরবরাহ নিশ্চিত করতে LDO চিপে একটি তাপ সিঙ্ক যোগ করুন।

2.2 নকশা মাধ্যমে তাপ অপচয়

পিসিবিতে প্রচুর তাপ উৎপন্ন করে এমন উপাদানগুলির নীচে এবং কাছাকাছি কিছু তাপ-পরিবাহী ধাতব ভায়া রাখুন। এর মাধ্যমে তাপ অপচয় একটি ছোট গর্ত যা PCB-তে প্রবেশ করে এবং ব্যাস প্রায় 0.4 মিমি থেকে 1 মিমি। . . অ্যাপারচার খুব বড় হওয়া উচিত নয় এবং ভিয়াসের মধ্যে দূরত্ব 1 মিমি থেকে 1.2 মিমি সেট করা উচিত। ছিদ্রের মাধ্যমে প্রিন্ট করা সার্কিট বোর্ডে প্রবেশ করে, যাতে মুদ্রিত বোর্ডের সামনের তাপ দ্রুত PCB-এর পিছনের অন্যান্য তাপ অপব্যবহার স্তরে সঞ্চারিত হয় এবং গরম করার পৃষ্ঠের উপাদানগুলি দ্রুত ঠান্ডা হয় এবং কার্যকরভাবে বৃদ্ধি করতে পারে। তাপ অপচয় এলাকা এবং তাপ প্রতিরোধের কমাতে, সার্কিট বোর্ড ঘনত্ব শক্তি বৃদ্ধি.

2.3 FPGA চিপ তাপ অপচয় নকশা

FPGA চিপ তাপের প্রধান উৎস হল গতিশীল শক্তি খরচ, যেমন মূল ভোল্টেজ পাওয়ার খরচ এবং I/O ভোল্টেজ পাওয়ার খরচ, মেমরি, অভ্যন্তরীণ যুক্তি এবং সিস্টেম দ্বারা উত্পন্ন শক্তি খরচ এবং এর কার্যকরী মডিউলগুলির FPGA নিয়ন্ত্রণ (যেমন ভিডিও) , অডিও মডিউল, ইত্যাদি) শক্তি উৎপন্ন করবে তাই, তাপ উৎপন্ন হওয়ার সাথে সাথে FPGA চিপে তাপ নষ্ট করা প্রয়োজন। FPGA চিপের QFP প্যাকেজ ডিজাইন করার সময়, 4.5mmX4.5mm আকারের একটি তামার ফয়েল FPGA চিপের কেন্দ্রে যোগ করা হয় এবং একটি নির্দিষ্ট সংখ্যক তাপ অপচয় প্যাড ডিজাইন করা হয় এবং তাপ সিঙ্কগুলিও যোগ করা যেতে পারে। প্রকৃত প্রয়োজনে।

2.4 তামা তাপ অপচয় নকশা

PCB তামার আবরণ শুধুমাত্র সার্কিটের বিরোধী হস্তক্ষেপ ক্ষমতা উন্নত করতে পারে না, কিন্তু কার্যকরভাবে PCB বোর্ডের তাপ অপচয়কেও উন্নীত করতে পারে। AltiumDesignerSummer09 সফ্টওয়্যার ব্যবহার করে PCB ডিজাইনে কপার ক্ল্যাডিং এর সাধারণত দুটি পদ্ধতি রয়েছে, তা হল বড়-এরিয়া কপার ক্ল্যাডিং এবং গ্রিড-আকৃতির কপার ক্ল্যাডিং। বৃহৎ-ক্ষেত্রের স্ট্রিপ কপার ফয়েলের অসুবিধা হল যে PCB বোর্ডটি দীর্ঘ সময়ের জন্য কাজ করার সময় প্রচুর তাপ উৎপন্ন করবে, যা স্ট্রিপ কপার ফয়েলকে প্রসারিত করা এবং পড়ে যাওয়া সহজ করে তোলে। অতএব, PCB-এর উত্তম তাপ অপচয় কর্মক্ষমতা বিবেচনা করে, PCB কপার ক্ল্যাডিং-এর ডিজাইনে একটি গ্রিড-আকৃতির কপার ফয়েল ব্যবহার করা হয়, এবং গ্রিডটিকে সার্কিটের গ্রাউন্ডিং নেটওয়ার্কের সাথে সংযুক্ত করা হয় যাতে তাপ অপসারণ কার্যক্ষমতা উন্নত করা যায়। পদ্ধতি.

PCB তাপ অপচয় নকশা PCB বোর্ডগুলির স্থায়িত্ব এবং নির্ভরযোগ্যতা নিশ্চিত করার জন্য একটি মূল লিঙ্ক, এবং তাপ অপচয় পদ্ধতির পছন্দটি বিবেচনা করা প্রাথমিক ফ্যাক্টর। নির্দিষ্ট তাপ অপচয় পরিমাপের নকশা এবং প্রয়োগ হল PCB তাপ অপচয়ের মূল সমস্যা। এই কাগজে, এফপিজিএ কোর কন্ট্রোল বোর্ডের পিসিবি ডিজাইন করার সময়, এফপিজিএ কন্ট্রোল সিস্টেমের তাপ উত্সের বিশ্লেষণ হল সূচনা বিন্দু, এবং প্রকৃত তাপ অপচয়ের প্রয়োজনীয়তা অনুসারে, এফপিজিএ কন্ট্রোল বোর্ডের পাওয়ার মডিউল, এফপিজিএ কন্ট্রোল চিপ, তাপ অপচয়ের ভিয়াস এবং তামার তাপ অপচয় ডিজাইন করা হয়েছে। FPGA কন্ট্রোল বোর্ড দ্বারা গৃহীত তাপ অপচয় পদ্ধতির ব্যবহারযোগ্যতা, কম খরচে এবং সহজ উপলব্ধির বৈশিষ্ট্য রয়েছে।