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为FPGA运用规划优异电源办理解决方案不是一项简略的使命，相关技能评论有许多。本文一方面旨在找到正确解决方案并挑选最适宜的电源办理产品，另一方面则是怎么优化实践解决方案以用于FPGA。
找到适宜的电源解决方案
寻觅为FPGA供电的最佳解决方案并不简略。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寻觅优异供电解决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。还有一件事需求考虑，那就是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，最好的解决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。
LTpowerCAD可用来为各个电压轨供给电源解决方案。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。
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。
它们分别是：
- 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
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发作改变。FPGA制造商供给的功率预算东西有助于核算解决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。更好的解决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。
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，就会发作这种状况。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。
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答应的最大输出电容。
电源不喜欢十分大的输出电容，由于在发动期间，开关稳压器的输出电容看来像是短路的。对此问题有一个解决方法。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。
一些电源转换器不喜欢过大输出电容的另一个原因是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。
针对电源的负载瞬变和发动行为，开发东西链（包含LTpower-CAD，尤其是LTspice）十分有协助。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，关于此类严格要求，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。
最终一点主张是关于FPGA输入电容的挑选。为了快速供给大电流，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%。
