为 FPGA 运用规划优异电源办理处理方案不是一项简略的使命，相关的技能评论有许多许多。今日小编要为我们共享的内容『FPGA 的电源办理』主要有两个意图——
☞ 找到正确处理方案并挑选最适宜的电源办理产品
☞ 怎么优化实践处理方案使其用于 FPGA
找到适宜的电源处理方案
寻觅为 FPGA 供电的最佳处理方案并不简略。许多供货商以合适为 FPGA 供电的名义推销某些产品。为 FPGA 供电的 DC-DC 转换器挑选有何特定要求？其实并不多。一般来说，一切电源转换器都可用来为 FPGA 供电。引荐某些产品一般是根据以下现实：许多FPGA运用需求多个电压轨，例如用于 FPGA 内核和 I/O，还或许需求额外的电 压轨来用于 DDR 存储器。将多个DC-DC 转换器悉数集成到单个稳压器芯片中的 PMIC（电源办理集成电路）常常是首选。
一种为特定 FPGA 寻觅优异供电处理方案的盛行方法是运用许多 FPGA 供货商都供给的已有电源办理参阅规划。这关于优化规划来说是一个很好的入门方法。但此类规划往往需求修正，由于
FPGA 体系一般需求额外的电压轨和负载，这些也需求供电；
在参阅规划上添加一些东西常常也是必要的；
FPGA 的输入电源不是固定的，输入电压在很大程度上取决于实践的逻辑电平以及 FPGA 所完结的规划。
完结对电源办理参阅规划的修正之后，它看起来将与开端的参阅规划不同。或许有人会辩称，最好的处理方案是底子不必电源办理参阅规划，而是直接将所需的电压轨和电流输入到电源办理选型与优化东西中，例如 ADI 公司的 LTpowerCAD 等。
图1. 经过 LTpowerCAD 东西挑选适宜的 DC-DC 转换器来为 FPGA 供电。
LTpowerCAD 可用来为各个电压轨供给电源处理方案。它还供给一系列参阅规划，以让规划人员快速入门。LTpowerCAD 能够从 ADI 公司网站免费下载。☞下载链接：http://www.analog.com/cn/design-center/ltpowercad.html
怎么优化实践处理方 案以用于FPGA
一旦挑选了电源架构和各个电压转换器，就需求挑选适宜的无源元件来规划电源。做这件事时，需求紧记 FPGA 的特别负载要求——
各项电流需求
电压轨时序操控
电压轨单调上升
快速电源瞬变
电压精度
FPGA 输入电容
各项电流需求
FPGA 的实践电流耗费在很大程度上取决于运用状况。不同的时钟和不同的FPGA 内容需求不同的功率。因而，在 FPGA 体系的规划过程中，典型 FPGA 规划的终究电源规范必然会产生改变。FPGA 制造商供给的功率预算东西有助于核算处理方案所需的功率等级。在构建实践硬件之前，获得这些信息会十分有用。可是，为了运用此类功率预算东西获得有意义的成果，FPGA 的规划有必要终究确认，或许至少挨近终究完结。
一般状况下，工程师规划电源时考虑的是最大 FPGA 电流。假如终究发现实践 FPGA 规划需求的功率更少，规划人员就会减缩电源。
电压轨时序操控
许多 FPGA 要求不同电源电压轨以特定次序上电。内核电压的供给往往需求早于 I/O 电压的供给，不然一些 FPGA 会被损坏。为了避免这种状况，电源需求按正确的次序上电。运用规范 DC-DC 转换器上的使能引脚，能够轻松完结简略的上电时序操控。可是，器材关断一般也需求时序操控。仅执行使能引脚时序操控，很难获得杰出的成果。更好的处理方法是运用具有高档集成时序操控功用的 PMIC，例如 ADP5014。图2顶用赤色表明的特别电路模块支撑调整上电和关断时序。
图2. ADP5014 PMIC 集成了对灵敏操控上电/关断时序的支撑。
图 3 显现了运用此器材完结的时序操控。经过 ADP5014 上的推迟 (DL) 引脚能够轻松调整上电和关断时序的时刻推迟。
图3. 多个FPGA电源电压的发动和关断次序。
假如运用多个独自的电源，添加时序操控芯片便可完结所需的上电/关断次序。一个比如是 LTC2924，它既能操控 DC-DC 转换器的使能引脚来翻开和封闭电源，也能驱动高端 N 沟道 MOSFET 来将 FPGA 与某个电压轨衔接和断开。
电压轨单调上升
除了电压时序之外，发动过程中还或许要求电压单调上升。这意味着电压仅线性上升，如图 4 中的电压 A 所示。此图中的电压 B 是电压非单调上升的比如。在发动过程中，当电压上升到必定电平常负载开端拉大电流，就会产生这种状况。避免这种状况的一种方法是延伸电源的软发动时刻，并挑选能够快速供给许多电流的电源转换器。
图4. 电压A单调上升，电压B非单调上升。
快速电源瞬变
FPGA 的另一个特点是它会十分迅速地开端抽取许多电流。这会在电源上形成很高的负载瞬变。出于这个原因，许多 FPGA 需求许多的输入电压去耦。陶瓷电容十分挨近地用在器材的 VCORE 和 GND 引脚之间。高达 1 mF 的值十分常见。如此高电容有助于下降对电源供给十分高峰值电流的需求。可是，许多开关稳压器和 LDO 规则了最大输出电容。FPGA 的输入电容要求或许超越电源允 许的最大输出电容。
电源不喜欢十分大的输出电容，原因有两点——
在发动期间，开关稳压器的输出电容看来像是短路的。对此问题有一个处理方法。较长的软发动时刻能够让大电容组上的电压稳定地升高，电源不会进入短 路限流形式。
图5. 许多FPGA的输入电容要求。
该电容值会成为调理环路的一部分。集成环路补偿的转换器不答应输出电容过大，以避免稳压器的环路不稳定。在高端反应电阻上运用前馈电容常常能够影响操控环路，如图6所示。
图6. 当没有环路补偿引脚可用时，运用前馈电容能够调理操控环路。
针对电源的负载瞬变和发动行为，开发东西链（包含 LTpowerCAD，尤其是 LTspice）是十分有协助的。该东西能够很好的建模和仿真，然后有用完结 FPGA 的大输入电容与电源的输出电容的去耦。 图 6 就展现了这一概念。
尽管 POL（负载端）电源的方位往往挨近负载，但在电源和 FPGA 输入电容之间常常存在一些 PCB 走线。当电路板上有多个互相相邻的 FPGA 输入电容时，离电源最远的那些电容对电源传递函数的影响较小，由于它们之间不只存在一些电阻， 还存在寄生走线电感。这些寄生电感答应 FPGA 的输入电容大于电源输出电容的最大限值，即便一切电容都衔接到电路板上的同 一节点也不妨。在 LTspice 中，能够将寄生走线电感添加到原理图中，而且能够模仿这些影响。当电路建模中包含满足的寄生元件时，仿真成果挨近实践成果。
电压精度
FPGA电源的电压精度一般要求十分高。3%的改变容差带是适当 常见的。例如，为使0.85 V的StraTIx V内核电压轨保持在3%的电压精度窗口内，要求悉数容差带仅为25.5 mV。这个小窗口包含 负载瞬变后的电压改变以及直流精度。相同，关于此类严厉要 求，包含LTpowerCAD和LTspice在内的可用电源东西链在电源规划 过程中十分重要。
FPGA 输入电容
为了快速供给大电流，FPGA 的输入电容一般挑选陶瓷电容。此类电容很合适这种用处，但需求当心挑选，使其实在电容值不随直流偏置电压而下降。一些陶瓷电容，尤其是 Y5U 型，当直流偏置电压挨近其最大额外直流电压 时，其实在电容值会下降到只要标称值的20%。
