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为FPGA供电的挑战和应对

“很多电子工程师可能还没有迫切感受到电源对FPGA、处理器、ASIC等设计的制约性,但作为FPGA厂商,我们很清楚电源将越来越成为设计的瓶颈,”日前在谈到电源发展挑战时,ALTERA中国区Enpiri

  “许多电子工程师或许还没有火急感受到电源FPGA、处理器、ASIC等规划的限制性,但作为FPGA厂商,咱们很清楚电源将越来越成为规划的瓶颈,”日前在谈到电源开展应战时,ALTERA我国区Enpirion产品高档业务经理张伟超表明:“在为FPGA等器材规划电源时,工程师一般会遇到许多规划两难:市场需求唆使设备生产商在其产品中添加越来越多的特性和功用,期望供给更大的带宽,进一步减小外形封装,而且进步能效。最新的28 nm和20 nm FPGA、处理器或其他SoC都需选用更小尺度,更高精度的电源管理器件来支撑。市面上大都的电源产品都在为更好的处理这些问题而尽力,但能权衡多方面功用体现的产品不多。”

  为FPGA供的应战

  集成度以及功率密度越来越高是电源开展的必然趋势,跟着体系所集成功用的不断上升,对电源供电也提出更高要求、一起体系中更多模块、接口占有了本就有限的PCB板,怎么缩小电源面积,为PCB板节约空间是一切电源模块、电源SoC规划的要害考量要素之一。“在高集成度要求下,规划师需求在电源抗搅扰性、转化功率、电路尺度等方面做出权衡规划。期望能有更好的外围器材,如输入输出电容,来消除纹波、供给安稳的电流电压。期望更高的开关转化频率,来下降外围器材尺度。当然频率增高会影响开关损耗,使产品散热问题严峻,然后影响转化功率。一起,许多设备都触及高数据传输、RF电路(如4G网络)等,这些电路一般对噪声更为灵敏,需求更安静的电源规划。有工程师不得不为此抛弃运用开关电源而选用低效的线性电源来下降噪声搅扰,但一起也带来体系低效和散热等问题。相同,在为数字负载(FPGA核电压、FPGA接口电压、CPU电压)供电情况下,这些负载电压改变会比较大,需求电源在短时刻内有很好的瞬态体现。现在在工业、医疗设备、通讯等范畴对电源的瞬态效应有很高的要求。这些都是工程师在规划电源时会遇到的实际问题。”张伟超介绍道,“ALTERA此番通过收买引进Enpirion电源,便是看中其能够在多方面处理这些规划困扰。”

  Enpirion三项核心技能

  据张伟超介绍,Enpirion的电源SoC,能将大部分外围器材集成到芯片内部,答应器材在更高的频率作业,并下降开关损耗。其主要得益于三个核心技能:根据高频开关IC技能,Enpirion能够答应器材作业在更高的频率。一般器材作业频率在500kHz到1MHz之间,Enpirion最高能够答应器材作业在5MHz,高作业频率能够答应外围器材小,然后易于被集成;根据电磁资料工程的核心技能,一般电源模块也会集成电感,但这些电感是市面上通用的产品。而Enpirion对电感的资料和工艺结构都具有专利技能,能够定制化自己的电感,再集成到SoC内部可完成在更高的作业频率下,取得更低的开关损耗,然后坚持很好的运作功率,也能完成很好的EMI体现;第三项核心技能是其电源封装和架构技能,在将电源操控器、MOSFET、电感、补偿网络等器材集成到芯片内部时,器材间会相关搅扰或影响,怎么使器材被集成后仍能坚持很好的牢靠性及转化功率,完成低纹波、低噪声等功用,都在封装架构中得到进一步的完成。

  怎么处理规划难题

  根据上述核心技能,Enpirion可完成高功率密度和小外形封装,可极大的减小负载点稳压所需求的PCB面积和高度,与其他分立开关稳压器和模块比较功率密度可进步20%到50%.通过高频开关技能,答应器材作业在更高频率,在进步集成度的一起不影响功率,一起合作定制的电感和MOSFET,使环路尺度小,并能下降EMI.一起,Enpirion所选用的EDMOS不同于业界规范的MOSFET,要点下降了输入输出电容的参数,然后进一步减小开关损耗,来进步功率。关于开关电源的噪音问题,Enpirion能够做到与线性电源挨近的开关噪声,可使用于为噪声灵敏的电路供电,一起保证转化功率。和分立器材构成的电源比较,Enpirion运用很少的元器材数量,然后也具有更高的牢靠性。Enpirion的PowerSoC作为完好的电源体系,进行了专门的仿真测验,特征测验,验证和制作测验,可完成45,000年MTBF牢靠性。适宜使用于工业、通讯、医疗等对运转牢靠性要求高的范畴。

  据悉,Enpirion系列中行将上市的新品30A全数字PowerSoC,在VIN-12 V / VOUT=1.2 V、常温的作业环境下能够完成90%以上的转化功率。可接连输出30A (@ 1.5V),支撑并联可完成高达180A的电流输出。适宜使用在通讯、工业、医疗等中高端设备中为FPGA、处理器或ASIC等核处理器供电。该产品仍是一款全数字的Power SoC,其芯片内部的操控环路(Control Loop)也是全数字的,可完成实时自适应的操控环路,进步操控的精准度,也完成更快速的瞬态呼应。其输出稳压精度小于0.5%精度(0.6V≤VOUT≤1.5V)。跟着FPGA的核电压越来越低,现在核电压值在2V、1V或更低,假如电源操控精度不行,很难为其供给准确的电压,而全数字芯片能为FPGA在内的负载供给更准确的电压操控。一起该芯片可供给下降体系功耗的SmartVID和PMBus长途监测功用,这两种功用在通讯、工业等中高端设备中使用广泛,可完成更智能的电源操控。该产品现在已供样,估计在今年年底可量产。

  集成了电感,具有补偿功用的PowerSoC所需的外围规划简略,能够节约规划时刻,加快产品上市。一起,Enpirion将为ALTERA旗下FPGA产品,包含新发布的MAX 10 FPGA装备电源参阅规划,然后使客户在收购FPGA的一起能够具有适宜的电源参阅规划,到达“一站式”处理方案。后续开发只需较少的规划过程,相关于分立开关稳压器明显缩短了规划时刻。一起,这些电源处理方案是通过全面验证的PCB布线和规划,可协助客户规划一次成功。处理方案所带的规划软件也可便利工程师在后期规划时简略完成想要的功用。

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