接上篇
5 电源是一种体系级问题
电源轨一般有特别的硬件和互操作性要求，而当时的 需求很大程度上取决于每一用户共同的规划，因而，尽或许 在规划前期阶段考虑FPGA电源办理就显得十分重要。体系 级决议包含电源供电分组和排序、数字操控，而硬件规划对 体系功用、本钱和规划时刻有较高的要求，这意味着要经过 合理的规划来下降危险。
6 电源轨分组和排序
一片FPG A会有许多需求电源供电的输入引脚， 可是 并没有必要为每一FPGA电源轨输入专门供电。关于每一种 FPGA，Altera供给了引脚衔接攻略文档，不光具体介绍了每 一引脚，并且还引荐了电源树，对各种类似的电源轨进行 分组。可以拜访www.altera.com上每一种FPGA器材的产品页 面，取得引脚衔接攻略文档。图3（181页）显现了一个引荐 的电源树实例。为具有数据速率≤11.3 Gbps收发器的Arria 10 GX引荐的 电源树，该器材支撑SmartVID特性。归纳考虑这些要素，FPGA规划的一切电源供电要求会导致树立FPGA电源树，这也将带来特别需求，影响电源转 换器的挑选和运用。例如，许多先进的FPGA要求排序—— 即，FPGA中不同的资源有不同的电压轨，有必要在其他资源 上电之前供电。
这就要求每一电源供电都有使能引脚，在 电源接通时可以通讯，调理到所要求的电压。EN6360QI等 多种Enpirion器材具有“Power OK”或许“Power Good”引 脚，支撑这一功用，这些引脚可以用于向体系操控器或许排 序器材宣布信号，某一FPGA输入现已接通电源，可以开端 下一排序过程。
7 数字操控
另一常见的体系电源要求是可以进行长途监督——在 这一过程中，可以长途丈量体系参数，与接纳体系通讯，实 现监督。要完结更智能的体系电源监督和优化功用，输入电 压、输出电压、输出/负载电流和温度等参数都是十分重要 的信息。例如，体系规划人员期望可以监督负载电流和温 度，以确保FPGA依照预期作业，可以告诉体系办理人员去 检查或许替换不正常作业或许过热的FPGA电路板。另一个 实例是体系规划人员期望可以记载FPGA在各种运用情况下 的功耗，运用这些信息动态的调理某些FPGA功用，或许调 节体系中不需求的某些部分，以便下降体系功耗，完结更绿 色、性价比更高的终究设备。可以经过几种方法来完结这类 体系状况监督功用，而最简略、最廉价、最紧凑的方法是使 用集成了长途监督功用和相应的通讯总线的电源调理器。
Altera的Arria 10 FPGA和SoC还集成了低功耗特性，与先进的电源转化器相结合后，完结了最低功耗。一个底子的实例是智能电压ID (SmartVID)，运用这一特性，FPGA与兼容电源通讯，将内核电压轨尽或许动态调整到最小，并且 不会献身体系功用。兼容电源经过业
界标准接口和操控功 能支撑这类通讯，例如，并行VID接口或许PMBus接口等， 完结对输出电压的调整。图4所示是怎样在FPGA体系中完结 SmartVID的一个实例。一个实例处理方案是Altera支撑PMBus的ED8101P0xQI 单相数字操控器，与ET4040QI大电流电源
配对运用，支撑 FPGA用户完结多种长途监督和低功耗特性。这包含：
● 监督体系输入和输出参数，例如，电压、电流和温 度。
● 监督体系故障，例如，过压和欠压以及过热状况等。
● 动态输出电压调整，以支撑SmartVID特性。
要完结SmartVID特性，FPGA应经过PMBus接口，确认 与电压调理器体系之间所需的VCC电压和通讯，电压调理器 体系是内核电源轨电源转化器整体处理方案。运用上面介绍 的Enpirion处理方案，可以选用ED8101P0xQI完结电源办理 操控器，选用ET4040QI完结电压调理器。
8 硬件规划
因为许多体系硬件规划有或许影响规划的杂乱程度、周 期和本钱，因而，尽早规划FPGA规划的电源树十分要害。 而在规划开端时很难明晰电源需求，因而，细心考虑FPGA 功耗预算有助于协助用户树立与终究的最优规划十分挨近的 电源树。这样做的第一个长处是硬件规划人员即使是在刚开 始电路板规划时也可以正确的放置所需的电源转化器。用户 增加了更多的功用，导致电路板上的元器材越来越多，而外 形却越来越小，FPGA体系面对更大的印刷电路板(PCB)密度 难题，因而这一长处十分重要。如果在PCB布板期间没有规 划电源树，那么用户面对的危险是不得不把电源转化器放在 间隔FPGA很远的不抱负的方位，这有许多缺陷。例如，用 户或许不得不把相应的电源转化器放到PCB空间有限的不合 适的电路板方位上，这些当地散热、处理方案的体积以及与 FPGA的间隔会带来很大的硬件难题，包含需求选用较大而
且很贵重的体电容等，并且还劣化了功用。更糟的是，用户有或许底子没有满意的空间来放置电源转化器。
前期电源树规划的第二个长处是规划十分灵敏，不需 要大规模的从头规划，就可以满意终究FPGA规划的功耗需 求。FPGA的中心才能是可以集成特性和功用，即使是在设 计过程中也能如此，集成度越高，功耗特性就越好。当开始 规划十分不精确时，在规划快结束时调整并优化开始的电源 树，要比规划新电源树简单得多，也快许多。公司在面对尽 快交给产品压力的大环境下，下降修正规划欠好的电源树造 成的电路板重制的危险和本钱，削减在重制上所花的额定时 间，这是很大的优势，可以协助体系规划人员抢在竞赛对手 之前更快的将产品推向市场，尽早取得收益。Altera为规划和树立FPGA电源树供给了许多东西，如 表2所述。
9 定论
尽管只能以“看情况而定”来答复用户怎样对FPGA供 电这一问题，了解FPGA规划和运用怎样影响功耗和电源供 电要求会让规划更明晰，更简单成功。FPGA功耗的首要来 源是静态和动态功耗要求，动态功耗首要取决于每一个共同 的FPGA规划。可是，不管什么样的规划，FPGA电源供电规划都有一 些常见的要求，这有助于简化并辅导体系规划决议。Altera的 Enpirion电源处理方案规划满意了这些严苛的FPGA电源要求。 例如，选用Enpirion的低波纹、快速瞬时呼应电源转化 器，可以确保在一切负载条件下满意无缝作业严厉
的静态和 动态内核电压要求。类似的，灵敏的FPGA电压轨运用低噪 声Enpirion PowerSoC而不是线性调理器，确保了可以到达信 号完整性、电源功率和散热预算方针。最终，运用Enpirion 具有PMBus的ED8101P0xQI数字操控器和ET4040QI大电流电 源等先进的电源转化器处理方案，可以完结独具优势的体系特性，例如长途监督和低功耗等。在灵敏的FPGA规划中，电源的确是体系级问题，要求 尽或许预算FPGA的功耗，尽早规划好电源树，以满意规划 共同的需求。其长处是可以以更少的资源更敏捷的完结最优 体系规划，以适宜
的功用特性取得强壮的竞赛优势。
