FPGA被广泛运用于各种产品，具有开发时间短、本钱效益高以及灵敏的现场重装备与晋级等许多长处。许多新式FPGA运用先进的技能完结低功耗和高性能。他们经过新的制作工艺降低了内核电压，然后扩展电源电压规模并进步电流量。许多FPGA对每个电源轨的供电需求不尽相同，而这些不同的电源有不同的电压输出和时序要求以及不同的噪声灵敏度要求。电源模块是满意这些供电需求的抱负挑选。
一个电源模块包含操控器、FET、电感器和大部分无源器材，而这些器材都在一个封装内，仅需外部装备输入和输出电容器即可完结体系规划。数字电源模块结合了电源模块和数字电源的长处，运用数字电源模块进行规划可缩短开发时间并快速优化电源监控和时序操控功用，而这些都是模仿解决计划无法完结的。改善的电压调理精度、数字操控技能以及数字电源模块在FPGA运用中更受欢迎。本文以瑞萨电子ISL8274M为例，阐释数字电源模块怎么满意FPGA的供电需求。
数字电源模块满意FPGA的需求
模仿和数字电源模块均适用于FPGA电源运用。但数字电源办理具有更多方面的优势，例如实时监控、带快速瞬态呼应的数字操控以及削减资料清单(BOM)并简化规划。数字电源模块解决计划十分灵敏，可以轻松满意FPGA电源所需的低电压、高电流以及额定电源轨。经过PMBus可以轻松地将新的电源轨添加到办理体系中。瑞萨电子专利的数字直流(DDC)通讯总线，为供电设备供给通讯通道，可完结无毛病通讯、时序、交织和毛病传输。现在，许多数字电源模块可经过准确的参阅设定点完结超卓的输出电压调理精度。
ISL8274M是一款通用的降压型数字电源模块，具有PMBus通讯和许多其他满意FPGA电源要求的特性。它具有两个通道，可以作为两个独立的电压轨用于不同的FPGA器材，或经过并联满意更高的电流需求。此外，ISL8274M还具有内部DDC串行总线，可完结与瑞萨电子其他供电器材之间的通讯，可以轻松装备和履行加电次序、毛病维护与监控，常用电路如图1所示。
图1. ISL8274M常用运用电路图
表1. 瑞萨电子ISL8274M数字电源模块的首要特性
ISL8274M首要特点
•完善的数字电源
•30A/30A双通道输出电流
-4.5V至14V单轨输入电压
-功率高达95.5%
•可编程输出电压
-0.6V至5V输出电压设置
-线路/负载/温度精度为±1.2%
•ChargeMode™操控回路架构
-296kHz至1.06MHz固定开关频率操作
-无需电压补偿
-快速单时钟周期瞬态呼应
•PMBus接口和/或引脚方式
-运用PMBus彻底可编程
-引脚方式，用于规范设置
-实时遥测VIN(输入电压)，VOUT(输出电压)，IOUT(输出电流)，温度，占空比和开关频率 •高档软发动/中止，定序和盯梢
-经过毛病记载完结过压/欠压、电流和温度维护
-支撑PowerNavigator™
-热增强HDA封装
数字ChargeMode™操控计划
ISL8274M选用瑞萨电子专利的ChargeMode™操控计划，可完结快速的负载动态呼应，坚持固定的开关频率，并支撑全陶瓷输出电容器规划。该产品经过运用多速率采样技能和数字滤波器，减小了差错采样时间和PWM生成时间之间的推迟。这种简略的补偿操控计划无需额定的无源RC元件(模仿模块所需)即可完结补偿回路规划。关于任何体系内的改变，可以经过PMBus指令或PIN引脚对新补偿进行重新装备。瑞萨电子一起也供给参阅规划以便运用户运用。
可调理上升时间的软发动
在有些场合，从接收到启用信号到输出电压上升到目标值所需求的推迟时间是想要设定的。ISL8274M经过PowerNavigator™GUI规划东西为用户简化了规划进程，并可以准确、独登时重置推迟和上升时间。在发动前的输出阶段假如存在预偏置条件，ISL8274M可以经过在发动输出上升前对输出电压进行采样然后供给预偏置维护。图2展现了发动上升时间为5ms的软发动进程。
图2. ISL8274M发动示意图
电源排序/电压盯梢
用于不同电压或多相运转的一组电源模块可以被设置为以预订次序发动。此功用在为高性能处理器(如FPGA)供电时极为重要，这些高性能处理器需求一个电源在另一个电源之前到达其作业电压，以防止闩锁效应。运用ISL8274M，经过宣布PMBus指令来设置多个设备的发动次序，以便分配在序列链中靠前的设备，以及序列之后的设备。
ISL8274M具有电压盯梢功用，经过一个输出通道(通道1或通道2)盯梢施加到VTRKP和VTRKN引脚的电压，在两种根据特定运用的可选方式下无需外部组件。
各种维护和监控功用
ISL8274M供给完好的维护功用，包含电源输入欠压/过压(UV/OV)维护、驱动器电压UV/OV维护、两级输出电流欠流/过流(UC/OC)(平均值和峰值)维护、输出电压UV/OV维护以及低温/过温(UT/OT)维护。每种维护都有毛病限值和正告限值，用户可经过PMBus指令轻松设置相应的毛病限值。还有包含断续方式在内的不同的毛病呼应选项，用户可从中挑选。此外，用户还可以经过PMBus指令装备呼应功用。ISL8274M可以经过PMBus指令监督各项体系参数。
瑞萨电子的ISL8274M供给了最完好的维护功用和监控功用，用更安全、更安稳的方法维护电源体系操作，并为用户供给更强壮的体系规划灵敏性。
规划东西
评价板/用户攻略
瑞萨电子还为用户供给ISL8274M评价板和具体的用户攻略。评价板如图3所示。
图3. ISL8274M评价板图片
PowerNavigator
瑞萨电子供给的PowerNavigator GUI软件可协助用户加快电源规划、测验、定型和调试。用户运用该软件经过PMBus连接到开发板，可设置调理各种体系参数和阈值，终究装备存储在非易失性存储器中。图4展现了PowerNavigator GUI软件操作界面。
图4. PowerNavigator操作界面
PowerCompass
PowerCompass东西可协助用户快速挑选出契合其特定要求的部件，设置多个电压，进行高档体系分析以及生成自定义参阅规划文件。该东西仅以Web运用程序的方式供给，用户也可运用该程序脱机作业。
iSim规划与仿真东西
瑞萨电子供给一款名为iSim的根据网络的强壮仿真东西，这是一款运用简略的交互式电源办理和运算放大器规划东西。iSim让用户可以快速挑选支撑组件，并规划和仿真其电路和体系。
定论
ISL8274M数字电源模块运用瑞萨电子专利的ChargeMode操控架构，可在绝大多数情况下供给90%以上的转化功率。别的它还供给对在FPGA处理功率瞬爆中常见的输出电流负载阶跃的单时钟周期快速瞬态呼应。该器材的无补偿规划使模块坚持安稳，无需考虑温度、变异或老化引起的输出电容器改变。其功率密度、高功率和快速瞬态呼应满意了单轨和多轨的电源需求。
用户可在线获取有关PowerNavigator，PowerCompass和iSim规划与仿真东西的具体阐明和视频教程，有助于规划轻松入门。
关于作者
Xiao Li是瑞萨电子株式会社工业模仿与电力事业部高档运用工程师。
