布风管如何设计选型?
(1)布风管形状选型
布风管具有椭圆形,圆形,1/4圆,半圆形,根据客户建筑结构及应用需求来选择的。
(2)布风管直径确定
入口风速是布风管设计过程中需要注意的一个重要参数。入口风速会对运行过程中产品抖动、噪音的产生、系统寿命以及空气分布产生影响。一般来说,布风管以与传统风管相近的风速进行工作。管内风速可达到的最大值取决于应用场所的气动噪声。再者,管内不稳定的气流也会造成织物管壁抖动,所以风速需要进一步控制在一定范围内。
布风管根据风量和系统入口风速确定直径。在设计过程中要充分考虑到,影响系统直径选择的还有形状、尺寸以及入口的位置和数量。
计算公式: G=3600v×π×D2/4
其中:G—单根布风管送风量(m3/h) v—系统进口风速,一般取6-8m/s
D—布风管直径(mm)
为保证布风管避免产生抖动等现象,同时考虑过高风速产生的噪声及负压等因素,布风管入口风速应根据建议参考值进行设计。
(3) 布风管出风模式的选择
布风管具有七种不同的出风模式,根据不同的送风距离和风速,选择不同的出风模式进行送风。
具体步骤方法如下:
1、按照工艺条件、搅拌目的和要求,选择搅拌器型式,选择搅拌器型式时应充分掌握搅拌器的动力特性和搅拌器在搅拌过程中所产生的流动状态与各种搅拌目的的因果关系。
2、按照所确定的搅拌器型式及搅拌器在搅拌过程中所产生的流动状态,工艺对搅拌混合时间、沉降速度、分散度的控制要求,通过实验手段和计算机模拟设计,确定电动机功率、搅拌速度、搅拌器直径。
3、按照电动机功率、搅拌转速及工艺条件,从减速机选型表中选择,确定减速机机型。如果按照实际工作扭矩来选择减速机,则实际工作扭矩应小于减速机许用扭矩。
4、按照减速机的输出轴头d和搅拌轴系支承方式选择与d相同型号规格的机架、联轴器
5、按照机架搅拌轴头do尺寸、安装容纳空间及工作压力、工作温度选择轴封型式
6、按照安装形式和结构要求,设计选择搅拌轴结构型式,并校检其强度、刚度。如按刚性轴设计,在满足强度条件下n/nk≤0.7。如按柔性轴设计,在满足强度条件下n/nk>=1.3
7.按照机架的公称心寸DN、搅拌轴的搁轴型式及压力等级、选择安装底盖、凸缘底座或凸缘法兰。
8.按照支承和抗振条件,确定是否配置辅助支承。
选型应注意:
1、板型选择
板片型式或波纹式应根据换热场合的实际需要而定。对流量大允许压降小的情况,应选用阻力小的板型,反之选用阻力大的板型。根据流体压力和温度的情况,确定选择可拆卸式,还是钎焊式。确定板型时不宜选择单板面积太小的板片,以免板片数量过多,板间流速偏小,传热系数过低,对较大的换热器更应注意这个问题。
2、流程和流道的选择
流程指板式换热器内一种介质同一流动方向的一组并联流道,而流道指板式换热器内,相邻两板片组成的介质流动通道。一般情况下,将若干个流道按并联或串联的方式连接起来,以形成冷、热介质通道的不同组合。
流程组合形式应根据换热和流体阻力计算,在满足工艺条件要求下确定。尽量使冷、热水流道内的对流换热系数相等或接近,从而得到最佳的传热效果。因为在传热表面两侧对流换热系数相等或接近时传热系数获得较大值。虽然板式换热器各板间流速不等,但在换热和流体阻力计算时,仍以平均流速进行计算。由于“U”形单流程的接管都固定在压紧板上,拆装方便。
3、压降校核
在板式换热器的设计选型使,一般对压降有一定的要求,所以应对其进行校核。如果校核压降超过允许压降,需重新进行设计选型计算,直到满足工艺要求为止。
S7-300 PLC的选型原则是据生产工艺所需的功能和容量进行选型,并考虑维护的方便性、备件的通用性,以及是否易于扩展和有无特殊功能等要求。选型时具体注意以下几方面:(1)有关参数确定。一是输入/输出点数(I/O点数)确定。这是确定PLC规模的一个重要依据,一定要根据实际情况留出适当余量和扩展余地。二是PLC存储容量确定。注意当系统有模拟量信号存在或要进行大量数据处理时,其存储容量应选大一些。(2)系统软硬件选择。一是扩展方式选择,S7-300 PLC有多种扩展方式,实际选用时,可通过控制系统接口模块扩展机架、Profibus-DP现场总线、通信模块、运程I/O及PLC子站等多种方式来扩展PLC或预留扩展口;二是PLC的联网,包括PLC与计算机联网和PLC之间相互联网两种方式。因S7-300 PLC的工业通信网络淡化了PLC与DCS的界限,联网的解决方案很多,用户可根据企业的要求选用;三是CPU的选择,CPU的选型是合理配置系统资源的关键,选择时必须根据控制系统对CPU的要求(包括系统集成功能、程序块数量限制、各种位资源、MPI接口能力、是否有 PROFIBUS-DP主从接口、RAM容量、温度范围等),并最好在西门子公司的技术支持下进行,以获得合理的选型;四是编程软件的选择,这主要考虑对CPU的支持状况,我们的体会是:STEP7 V4.0对有些型号的CPU不支持,硬件组态时会发生故障出错,而STEP7V5.0则不存在这种问题。
二 设计及使用1. 设计注意事项设计时主要应注意以下几方面:(1)PLC输出电路中没有保护,因此在外部电路中应设置串联熔断器等保护装置,以防止负载短路造成PLC损坏。熔断器容量一般为0.5A。(2)PLC存在I/O响应延迟问题,因此在快速响应设备中应加以注意。MPI通信协议虽简单易行,但响应速度较慢。(3)编制控制程序时,最好用模块式结构程序。这样既可增强程序的可读性,方便调试和维护工作;又能使数据库结构统一,方便WinCC组态时变量标签的统一编制和设备状态的统一显示。(4)硬件资源。要合理配置硬件资源,以提高系统可靠性。如PLC电源配电系统要配备冗余的UPS不间断电源,以排除停电对全线运行的不利影响。又如对电机的控制回路要进行继电器隔离,以消除外部负载对I/O模块的可能损坏。另外,系统设备要采用独立的接地系统,以减少杂波干扰。2. 使用要点(1)抗干扰措施。来自电源线的杂波,能造成系统电压畸变,导致系统内电气设备的过电压、过负荷、过热甚至烧毁元器件,造成PLC等控制设备误动作。所以,在电源入口处最好应设置屏蔽变压器或电源滤波等防干扰设施。其中,电源滤波器的地要以最短线路接到中央保护地。对于直流电源,则可加装微分电容加以干扰抑制。(2)保护接地。可采取用不小于10mm2的保护导线接好配电板的保护地;相邻的控制柜也应良好接触并与地可靠连接。同时要做好防雷保护接地,通常可采取总线电缆使用屏蔽电缆且屏蔽层两端接地,或模拟信号电缆采取两层屏蔽,外层屏蔽两端接地等措施。另外,为防止感应雷进入系统,可采用浪涌吸收器。(3)做好信号屏蔽。信号的屏蔽非常关键,一般可采取屏蔽电缆传送模拟信号。注意对多个模拟信号共用一根多芯屏蔽电缆或用两种屏蔽电缆传送时,信号间一定要做好屏蔽。而且电缆的屏蔽层一端(一般在控制柜端)要可靠接地。(4)当现场没有或无法设置硬点时,可在操作界面上采取软按键的方法解决走向选择或控制方式选择等问题。此外,与变频器、智能仪表等的连接,最好还是采用信号线直接相连的方式。(5)应合理配置PLC的使用环境,提高系统抗干扰能力。具体采取的措施有:远离高压柜、高频设备、动力屏以及高压线或大电流动力装置;通信电缆和模拟信号电缆尽量不与其他屏 (盘)或设备共用电缆沟;PLC柜内不用荧光灯等。另外,PLC虽适合工业现场,但使用中也应尽量避免直接震动和冲击、阳光直射、油雾、雨淋等;不要在有腐蚀性气体、灰尘过多、发热体附近应用;避免导电性杂物进入控制器。三 调试要点及注意事项(1)常规检查。在通电之前要耐心细致地作一系列的常规检查(包括接线检查、绝缘检查、接地电阻检查、保险检查等),避免损坏PLC模块(用STEP7的诊断程序对所有模块进行检查)。(2)系统调试。系统调试可按离线调试与在线调试两阶段进行。其中离线调试主要是对程序的编制工作进行检查和调试,采用STEP7能对用户编制程序进行自动诊断处理,用户也可通过各种逻辑关系判断编制程序的正误。而在线调试是一个综合调试过程,包括程序本身、外围线路、外围设备以及所控设备等的调试。在线调试过程中,系统在监控状态下运行,可随时发现问题、随时解决问题,从而使系统逐步完善。因此,一般系统所存在的问题基本上可在此过程中得到解决。在线调试设备开停时,必须先调试空开关的运行情况;如果设备设有运行监视开关,则可把监视开关强制为"1"(正式运行时,撤销强制)。调试单台设备时可针对性地建立该设备的变量表,对该设备及其与该设备相关的变量进行实时监视。这样既可判断逻辑操作是否正确,对模拟量的变化也可一目了然。比如调试电动执行器时,可建立一变量表,对执行器的位置信号、限位信号、过力矩信号及输出命令信号等进行实时监视,便可非常直观地观测执行器的动作情况。(3)S7-300 PLC模拟量模块可通过变换信号类型卡支持各种类型信号。当改造老生产工艺线时,不可避免地会遇到多类信号。因此,设计时最好不把几种信号接到同一模块;同时必须先组态好模块,再接信号线,检查无误后送电。此外,应避免两线制与四线制信号、电流与电压信号的混接,以免烧坏模块。(4)一般变送器的负载能力为600Ω,而模拟量输入模块的抗阻各不相同(一般在250Ω以下)。如果回路内设安全栏,必须注意抗阻的匹配;模拟量输出模块的负载能力为600Ω,一般
执行器的负载能力为250Ω;如线路较长,也存在抗阻匹配问题。此外,要加强信号的隔离,特别是要加强与支流调速装置、变频调速装置及设备配套的小型PLC之间的信号隔离,防止相互干扰。
四 结束语S7-300 PLC的应用非常广泛,在设计选型和调试及实际应用中可能会碰到各种各样的问题。本文从实际出发,总结多年实践经验,对以上各方面的问题提出了自己的见解,希望对工程技术人员能有一定的参考价值。
1.性能
基层应具有足够的抗冲刷能力和较大的刚度,抗变形能力强,坚实、平整、整体性好。
2.作用
防止或减轻由于唧泥产生的板底脱空和错台等病害。
与垫层共同作用,可控制或减少路基不均匀冻胀或体积变形对混凝土面层产生的不利影响。
为混凝土面层施工提供稳定而坚实的工作面,并改善接缝的传荷能力。
3.选用原则
根据交通等级和路基的抗冲刷能力来选择基层材料。
特重交通宜选用贫混凝土、碾压混凝土或沥青混凝土重交通宜选用水泥稳定粒料或沥青稳定碎石中、轻交通宜选择水泥或石灰粉煤灰稳定粒料或级配粒料。湿润和多雨地区,繁重交通路段宜采用排水基层。
4.要求
基层的宽度由设计根据混凝土面层施工方式的不同比混凝土面层每侧至少宽出300mm(小型机具施工时)或500mm(轨模或摊铺机施工时)或650mm(滑模或摊铺机施工时)。
为防止下渗水影响路基,排水基层下应设置由水泥稳定粒料或密级配粒料组成的不透水底基层,底基层顶面宜铺设沥青封层或防水土工织物。
碾压混凝土基层应设置与混凝土面层相对应的接缝。
命题点12水泥混凝土路面结构的组成-一面层的特点
1.性能
水泥混凝土面层应具有足够的强度、耐久性(抗冻性),表面抗滑、耐磨、平整。
2。接缝
垂直相交的纵向和横向缝,将混凝土板分为矩形板,防止胀缩作用导致板体裂缝或翘曲。纵向接缝:根据路面宽度和施工铺筑宽度设置。一次铺筑宽度小于路面宽度时,应设置带拉杆的平缝形式的纵向施工缝。一次铺筑宽度大于4.5m时,应设置带拉杆的假缝形式的纵向缩缝,纵缝应与线路中线平行。
横向接缝:横向施工缝尽可能选在缩缝或胀缝处。前者采用加传力杆的平缝形式,后者同胀缝形式。特殊情况下,采用设拉杆的企口缝形式。
胀缝设置按施工季节分:除夏季施工的板,且板厚大于等于200mm时可不设胀缝外,其他季节施工的板均应设胀缝。胀缝间距一般为100―200m。混凝土板边与邻近桥梁其他结构物相接处或板厚有变化或有竖曲线等,一般也均设胀缝。横向缩缝为假缝时,可等间距或变间距布置,一般不设传力杆。
3.对于特重及重交通等级的混凝土路面,横向胀缝、缩缝均设置传力杆。
4.抗滑性
混凝土面层应具有较大的粗糙度,即具备较高的抗滑性能,以提高行车安全性。可采用刻槽、压槽、拉槽或拉毛等方法形成面层的构造深度。
命题点l3按级配原则构成的沥青混凝土结构组成的形式
(1) 悬浮密实结构:由次级骨料填充前级骨料(较次级骨料粒径稍大)空隙的沥青混凝土具有很大的密度,但由于各级骨料被次级骨料和沥青胶浆所分隔,不能直接互相嵌锁形成骨架,因此该结构具有较大的黏聚力c,但内摩擦角ψ较小,高温稳定性较差。通常按最佳级配原理进行设计。
(2)骨架空隙结构:粗骨料所占比例大,细骨料很少甚至没有。粗骨料可互相嵌锁形成骨架,嵌挤能力强但细骨料过少不易填充粗骨料之间形成的较大的空隙。该结构内摩擦角ψ较高,但黏聚力c也较低。
(3)骨架密实结构:较多数量的断级配粗骨料形成空间骨架,发挥嵌挤锁结作用,同时由适当数量的细骨料和沥青填充骨架间的空隙形成既嵌紧又密实的结构。该结构不仅内摩擦角ψ较高,黏聚力c也较高,是综合以上两种结构优点的结构。
命题点14沥青混凝土对沥青的要求
1.粘结性
对高等级道路,夏季温度高持续时间长、重载交通、停车场等行车速度慢的路段,尤其是汽车荷载剪应力大的结构层,宜采用稠度大(针人度小)的沥青对冬季寒冷地区、交通量小的道路宜选用稠度小的沥青。
2.感温性
日温差、年温差大的地区宜选用针入度指数大的沥青。高等级道路,夏季高温持续时间长的地区、重载交通、停车站、有信号灯控制的交叉路口、车速较慢的路段或部位需选用软化点高的沥青反之,则用软化点较小的沥青。
3.耐久性
沥青应有足够的抗老化性能即耐久性,使沥青路面具有较长的使用年限。通过水煮法试验,测定沥青和骨料的黏附性,反映其抗水损害能力,等级越高,黏附性越好。
4.塑性
25℃延度改为10℃延度或15℃延度,不同标号的沥青延度就有了明显的区别,从而反
映出它们的低温性能,低温延度越大,抗开裂性能越好。在冬季低温或高、低温差大的地区,要求采用低温延度大的沥青。
5.安全性
确定沥青加热熔化时的安全温度界限,使沥青安全使用有保障。通过闪点试验测定沥青加热点闪火的温度――闪点,确定它的安全使用范围。沥青越软(标号高),闪点越小。如沥青标号110号到160号,闪点≥230℃,标号90号≥245℃。
命题点15沥青混凝土对粗骨料的要求
(1)粗骨料应具有较大的表观相对密度,较小的压碎值、洛杉矶磨耗损失、吸水率、针片状颗粒含量、水洗法<0.075mm颗粒含量和软石含量。如高等级道路表面层粗骨料压碎值不大于26%、吸水率不大于2.0%等。
(2)城市快速路、主干道路的表面层(或磨耗层)的粗骨料的磨光值PSV应不少于36―42(雨量气候分区中干旱区一潮湿区),以满足沥青路面耐磨的要求。
(3)粗骨料与沥青的黏附性应有较大值,城市快速路、主干道的骨料对沥青的附性不应大于或等于4级,次干路及以下道路在潮湿区应大于或等于3级。
命题点16沥青的老化和再生
沥青的老化削弱了沥青与骨料颗粒的粘结力,造成沥青混凝土路面的硬化,进而使路面粒料脱落、松散,降低了道路耐久性。沥青的再生是沥青老化的逆过程。
命题点17再生剂的技术要求
(1)必须具有软化与渗透能力,即具备适当的黏度。
(2)必须具有良好的流变性质,复合流动度接近1,显现牛顿液体性质。
(3)必须具有溶解分散沥青质的能力,即应富含芳香分。可以再生效果系数K――再生沥青的延度与原(旧)沥青延度的比值表征旧沥青添加再生剂后恢复原沥青性能的能力。
(4)具有较高的表面张力。
(5) 必须具有良好的耐热化和耐候性(以试验薄膜烘箱试验前后黏度比衡量)。
命题点18再生剂推荐技术指标
25℃黏度:0.01~20Pa?S25℃复合流动度>0.90芳香分含量>30%250C表面张力>36×10-3N/m薄膜烘箱试验黏度比(η后/η前)<3。日本的再生剂质量标准还要求:不含有毒物质根据施工性能和旧料物理性能恢复的能力确定60℃黏度应有足够高的闪点(施工安全性)规定了薄膜烘箱试验后的黏度比和质量变化(保证再生路面的耐久性)。
命题点19再生沥青混合料新旧料配合比的确定应考虑的因素
(1)旧路面材料的品质,即回收沥青的老化程度,旧料中沥青的含量和集料级配。
(2)再生剂选择与用量的确定应考虑旧沥青的黏度、再生沥青的黏度、再生剂的黏度等因素。
(3)再生沥青混合料中旧料含量:如直接用于路面面层,交通量较大,则旧料含量取低值,占30%~40%交通量不大时用高值,旧料含量占50%~80%。
命题点20再生沥青混合料的生产工艺
(1)再生沥青混合料生产可根据再生方式、再生场地、使用机械设备不同而分为热拌、冷拌再生技术,人工、机械拌和,现场再生、厂拌再生等。
(2)目前再生沥青混合料最佳沥青用量的确定方法采用马歇尔试验方法,技术标准原则
上参照热拌沥青混合料的技术标准。
(3)再生沥青混合料性能试验指标有:空隙率、矿料间隙率、饱和度、马歇尔稳定度、流值等。
(4)再生沥青混合料的检测项目有车辙试验动稳定度、残留马歇尔稳定度、冻融劈裂抗拉强度比等,其技术标准参考热拌沥青混合料标准。
一、确定房间负荷面积
二、选择房间设计单位负荷
一般家用空调设计使用指标法
卧室200W/㎡
客厅、餐厅220W/㎡
挑空区域250W/㎡
以上都是经验估计,可根据房间时间情况进行调整。
三、计算房间计算冷负荷
房间面积×单位负荷=房间计算冷负荷
四、根据房间计算冷负荷选择室内机
五、根据选择室内机总冷负荷选取室外机
以上是家用多联机的选型方法,对于一拖一,超级多联的空调机,须另行考虑
1、处理风量(Q)
处理风量是指除尘设备在单位时间内所能净化气体的体积量。单位为每小时立方米(m3/h)或每小时标立方米(Nm3/h)。是袋式除尘器设计中最重要的因素之一。
根据风量设计或选择袋式除尘器时,一般不能使除尘器在超过规定风量的情况下运行,否则,滤袋容易堵塞,寿命缩短,压力损失大幅度上升,除尘效率也要降低;但也不能将风量选的过大,否则增加设备投资和占地面积。合理的选择处理风量常常是根据工艺情况和经验来决定的。
2、使用温度
对于袋式除尘器来说,其使用温度取决于两个因素,第一是滤料的最高承受温度,第二是气体温度必须在露点温度以上。目前,由于玻纤滤料的大量选用,其最高使用温度可达280℃,对高于这一温度的气体必须采取降温措施,对低于露点温度的气体必须采取提温措施。对袋式除尘器来说,使用温度与除尘效率关系并不明显,这一点不同于电除尘,对电除尘器来说,温度的变化会影响到粉尘的比电阻等影响除尘效率。
3、入口含尘浓度
即入口粉尘浓度,这是由扬尘点的工艺所决定的,在设计或选择袋式除尘器时,它是仅次于处理风量的又一个重要因素。以g/m3或g/Nm3来表示。
对于袋式除尘器来说,入口含尘浓度将直接影响下列因素:
⑴压力损失和清灰周期。入口浓度增大,同一过滤面积上积灰速度快,压力损失随之增加,结果是不得不增加清灰次数。
⑵滤袋和箱体的磨损。在粉尘具有强磨蚀性的情况下,其磨损量可以认为与含尘浓度成正比。
⑶预收尘有无必要。预收尘就是在除尘器入口处前再增加一级除尘设备,也称前级除尘。
⑷排灰装置的排灰能力。排灰装置的排灰能力应以能排出全部收下的粉尘为准,粉尘量等于入口含尘浓度乘以处理风量。
⑸操作方式。袋式除尘器分为正压和负压两种操作方式,为减少风机磨损,入口浓度大的不宜采用正压操作方式。
4、出口含尘浓度
出口含尘浓度指除尘器的排放浓度,表示方法同入口含尘浓度,出口含尘浓度的大小应以当地环保要求或用户的要求为准,袋式除尘器的排放浓度一般都能达到50mg/Nm3以下。
5、压力损失
袋式除尘的压力损失是指气体从除尘器进口到出口的压力降,或称阻力。袋除尘的压力损失取决于下列三个因素:
⑴设备结构的压力损失。
⑵滤料的压力损失。与滤料的性质有关(如孔隙率等)。
⑶滤料上堆积的粉尘层压力损失。
6、操作压力
袋式除尘器的操作压力是根据除尘器前后的装置和风机的静压值及其安装位置而定的,也是袋式除尘器的设计耐压值。
7、过滤速度
过滤速度是设计和选择袋式除尘器的重要因素,它的定义是过滤气体通过滤料的速度,或者是通过滤料的风量和滤料面积的比。单位用m/min来表示。
袋除尘器过滤面积确定了,那么其处理风量的大小就取决于过滤速度的选定,公式为:
Q = v × s × 60 (m3/h)
式中: Q — 处理风量
v — 过滤风速(m/min)
s — 总过滤面积(m2)
注明: 过滤面积(m2)=处理风量(m3/h)/(过滤速度(m/min)x60)
袋式除尘器的过滤速度有毛过滤速度和净过滤速度之分,所谓毛过滤速度是指处理风量除以袋除尘器的总过滤面积,而净过滤速度则是指处理风量除以袋除尘器净过滤面积。
为了提高清灰效果和连续工作的能力,在设计中将袋除尘器分割成若干室(或区),每个室都有一个主气阀来控制该室处于过滤状态还是停滤状态(在线或离线状态)。当一个室进行清灰或维修时,必需使其主气阀关闭而处于停滤状态(离线状态),此时处理风量完全由其它室负担,其它室的总过滤面积称为净过滤面积。也就是说,净过滤面积等于总过滤面积减去运行中必需保持的清灰室数和维修室数的过滤面积总和。
8、滤袋的长径比
滤袋的长径比是指滤袋的长度和直径之比。滤袋的长径比有如下规定:
反吹风式 —30~40
机械摇动式 —15~35
脉 冲 式 —18~23
如果你在采用FPGA的电路板设计方面的经验很有限或根本没有,那么在新的项目中使用FPGA的前景就十分堪忧——特别是如果FPGA是一个有1000个引脚的大块头。继续阅读本文将有助于你的FPGA选型和设计过程,并且有助于你规避许多难题。
选取一家供应商
你面临的第一个问题当然是供应商和器件的选择。通常供应商决策倾向于你以前接触最多的那家——如果你是一位FPGA初学者当然另当别论了。或许这个决策早已由设计内部逻辑的工程师(也许就是你)依据熟悉的供应商或第三方IP及其成本完成了。
供应商的软件工具也会影响到上述决策。下载并使用这些软件工具,不需要硬件就能将设计带入仿真阶段。这也是判断需要多大规模的FPGA的一种方式,前提是你的内部逻辑设计基本做完了。
要想知道FPGA的水有多深,需要多逛逛各家供应商的网站。如果你想从这些网站提供的海量(而且并不总是想象中那么清晰的)信息中有所收获,必须确保你有一整天空闲的时间。Altera和赛灵思公司是在市场份额和前沿技术方面都遥遥领先的两家公司。它们的器件使用内部配置RAM,因此要求使用存放配置数据的外部ROM来“启动”器件(两家公司也都有些小的非易失性CPLD类产品)。值得考虑的其它供应商还有Microsemi/Actel、莱迪思和赛普拉斯。它们的器件功能包括非常低的静态功耗、用于“即时开机”启动的基于ROM的配置和模拟外设。
好了,至此供应商问题解决了。接下来是选取FPGA的系列和规模。供应商都会将它们的产品细分成多个系列,通常以低端、中端和高端性能(和规模)这样的模糊概念加以区分。片上RAM需要多大?要多少DSP/乘法模块,或千兆位收发器?你可能需要通读一遍数据手册,找出诸如最大时钟频率和I/O时延等参数来帮助你选择正确的系列。需要重申的是,拥有HDL代码是有很大帮助的,因为设计软件可以让你知道适合哪种器件,它们是否能够满足你的性能要求。
不要忘了考虑其它一些细节,比如如何为不同的供电电压和I/O标准划分I/O组、PLL要求以及DDR接口要求。
我们需要更多的功率!
通常很难计算一块电路板要求的最大电流。但FPGA电源设计相当有技巧。FPGA所需电流很大程度上取决于逻辑设计和时钟频率。同样一个器件在一个设计中可能只需0.5W,而在另一个设计中可能高达5W。
开发工具(或一个独立的程序或电子数据表)应该可以为给定设计提供功率预估值,但它们需要从你那儿得到许多附加信息,其中一些可能只是有根据的推测。如果有FPGA开发板,就应该有方法测量各种情况下的供电电流。一些开发板甚至内嵌电流计显示器!只是要确保增加足够多的余量来应对设计更改以及特殊工艺/温度要求。
下面是“难题”可能会出现的时候:
● 做热分析,并在必要时增加散热器。
● FPGA要求按顺序加电吗?(你的设计很容易出现5个或6个电源)
● 至少可能需要一个“安静的”电源,通常用于片上PLL。可以使用LDO加上一些无源滤波器件。千兆位收发器电源也能从低噪声中受益。
● 确保你理解FPGA在上电和初始化时在做什么事。许多器件在这个时候需要抽取很大的电流。
关于引脚及其它
接下来可以认真考虑引脚分配这件大事了。同样,如果你的逻辑设计已经达到可以被编译的阶段,就让设计软件来提供帮助吧,或至少在做电路板之前验证你分配的引脚是可行的。你当然已经处理过明显的资源,比如根据供电电压划分I/O组,确保诸如LVDS、SSTL或内部50Ω终端等“特殊”引脚设置兼容它们所在的组和供电电压。
但在许多器件中存在更深层次的微妙关系:在“不要在单端信号的2个IC绑定焊盘内放置差分对”,或“类似于参考电压的输入必须距离时钟信号至少3个焊盘远”等字里行间隐含着复杂的规则。这些规则很容易让人发疯。如果让人不堪忍受,就让设计软件为你指出违例吧。如果你不这样做,那么这些问题肯定会让你疲惫不堪。
接地反弹或并发开关噪声(SSN)是另外一个考虑因素。由于FPGA的应用方式太多,所以供应商经常为最好的场景设计电源分配方案。如果你的设计要充分发挥I/O功能,比方使用数量很多的快速同时开关输出,那么你可能需要“减少”实际可以使用的引脚数量。尽量减小驱动和压摆率设置通常是一个好主意。设计软件也可能帮助进行SSN分析。我认为减小SSN的一个技巧是将未用引脚连接到地,然后在设计文件中将它们设置为输出,驱动‘0’。这些引脚将被用作伪地引脚,虽然质量没有真实地好。
交付
现在是将凝聚了你心血的产品交付给PCB版图设计的时候了。这里我不想深入讨论PCB设计(可以参考下面给出的一些文章),但会指出针对FPGA设计需要考虑的一些事项。
堆叠设计对任何复杂的电路板来说都很重要,而在最复杂的电路板中通常都能找到FPGA的身影。随着500引脚芯片被认为是“中等规模”以及不断缩小的引脚间距,你可能需要十分留意走线逃逸图案、焊盘中的过孔、引脚区域内的去耦电容以及电源与地平面。一定要有创造性。必要时可以分割电源平面(当然要避免高速走线)。如果足够小心,一些电源连接(通常是局部的电源,如PLL电源)可以放在信号层上。将一些关键平面和信号放在最靠近FPGA的层。留意一些专门的版图建议,比如针对DRAM的一些建议。