电源要求和电源解决方案的FPGA

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电源要求和电源解决方案的FPGA

现场可编程门阵列(FPGA)被发现在许多的原型和低到中等批量产品的心脏。 FPGA的首要长处是在开发进程中的灵活性，简略的晋级途径，更快地将产品推向市场，而且本钱相对较低。一个首要缺陷是杂乱，用FPGA往往结合了先进的体系级芯片(SoC)。

这种杂乱性使得电源上的严苛要求。为了应对这些应战，电源需求几个输出和开关稳压器的功率和线性稳压器的清洁电力的组合。

本文介绍的FPGA的特别电源要求，阐明了怎么规划这些聪明的芯片的电源，然后回忆了一系列的针对FPGA运用的电源模块。

核算体系电源

供电的FPGA看起来像一个完好的体系供电。电源规划工程师面对的3到15的电压轨供应(有时乃至更多)的应战;而这仅仅是开端。 FPGA是一般制作的运用需求低中心电压的最新晶片制作技能，可是电源也有必要供电多个导轨特种块和电路，供应多个电压电平，关于高功率模块供应额定的电流，和满意噪声灵敏元件的要求。

仅仅为了让工作变得愈加杂乱，乃至FPGA的同一制作商能够不同很大，使其成为重要的是，工程师挑选每个芯片的最佳电源。这样的挑选取决于多种要素，比如电压和功率需求为每个导轨，导轨’排序要求，以及体系的电源办理的需求。

在规划一个FPGA电源的榜首进程是确认各个电压轨和他们的要求。 FPGA供货商一般会供应一个“销单”，用于指定每个供电引脚连接到设备的电压轨的电压电平。例如，表1显现了一些电压轨Altera的Stratix IV GX FPGA。

表1：电压轨了Altera的Stratix IV GX的一个子集。 (Altera公司供应)

从表1能够看出，FPGA的轨迹在依据块被供电在几个不同的电压运转。要求一般包含中心(供电的内部逻辑阵列)，I / O(驱动所述I / O缓冲器能够在银行被分组，从一个不同的电压的每个操作)，锁相环(PLL)(供电中的PLL中心)，以及收发器(供应收发器，接收器和发射器中的数字和模仿电路)。

一旦个人电压轨现已确认，下一步是核算的电流耗费顺次在每个轨迹上。现在抽签同享轨应在剖析被添加到铁路上来，总该铁路。 FPGA厂商一般供应的在线核算器用于这一意图。接着，工程师应当加起来一切构成FPGA的，以便精确地估量整个芯片的功耗的元件的功率耗费。

核算的功率耗费后，下一进程是查看标准电压改变容限和最大电压纹波为每个轨迹。这些参数一般能够在FPGA中的数据表中找到。

负载调理标准确认的规模内(以mV)以内的电压调理器的输出或许偏离了负载的改变。一个典型的标准负载调整为±5 mV时，假如电源是由开关型DC-DC电压转换器导出(“开关稳压器”)。这仅仅是一个，假如在1.2 V指定的电压轨0.4%的误差

电压纹波从峰到峰丈量以mV，其巨细依赖于的电压调理器供应所剖析的特定轨迹的规划。输出滤波严重影响电压 – (电流)纹波功能。 (见技能专区的文章“电容的挑选是要害，以杰出的电压调理器规划”。)大多数FPGA接受高达2%或轨电压，这是十分现代的开关稳压器的才能规模之内的好电压纹波。

开关或线性稳压器?

在FPGA电源规划进程的下一进程是确认是否一个特定的轨迹应该由一个开关调理器或线性调理器供应动力。特别需求留意的是针对供应噪声灵敏的电路，如PLL和收发器电路的模仿电源轨。这些轨噪声过大或许会危及电路的功能。

线性稳压器供应无动摇功率，具有快速的呼应，更简略易用，并采纳比开关设备的空间更小。它们是噪声灵敏的PLL和收发器轨迹一个不错的挑选。首要的缺陷是缺少功率的，尤其是当输出电压比输入低了许多。

开关稳压器的高电源轨，他们的更高的功率低于噪音更重要的是更好的挑选。它们是数字中心逻辑和I供电不错的挑选/ FPGA中，其间电流的要求能够很容易地运转到几十安培的O操作。的开关稳压器的缺陷是，它比较杂乱，体积较大，而且需求更多的外部元件。 (见技能专区的文章“了解优势和线性稳压器的缺陷”。)

由此发生的电源能够有点杂乱，包含在“权利树”(图2)几个开关稳压器和线性稳压器。