为现场可编程门阵列 （FPGA） 规划电源体系可不是件简单的作业。FPGA是高度可装备的半导体器材，这种器材在许多运用和终端商场中运用。常见示例包括通讯、轿车、工业、医疗、视频和国防等运用。因为它们的高度可装备性，可以在它们周围放置不同的组件，构成终究体系规划。尽管或许会有数不尽的运用和体系，可是一切规划的一个一起特性便是它们全都需求电源。
一般需求几个电压轨为FPGA供电。依据运用的不同，主输入电源可以选用背板电源、阻隔电源、非阻隔电源，乃至是电池供电的方法。这些主输入一般生成一个中心DC电压来为FPGA的主电压轨供电。这些中心电压一般为5V或12V的DC电压。表1和表2中列出了FPGA的某些典型电压轨、电压和容限值。
表1：Virtex 7 FPGA的电源要求。
图2：Zynq 7000系列片上体系 （SoC） 的电源要求。
为每个电压轨确认适宜的电流电平是一件比较扎手的作业，原因在于电流的规模可以从几百毫安到60A，乃至更高。假如事前进行规划的话，状况就会彻底不同，事前规划可以避免对电源轨的过度规划，然后避免花费太多，或许避免规划不充份，然后导致有必要推倒重来等过错。FPGA销售商供给精确的东西，这款东西依据客户对FPGA的运用方法来预算出最差状况下的功耗。
图1中显现的Xilinx功率预算器 （XPE），涵盖了数个Xilinx FPGA系列。借助于这款东西，客户可以挑选正在运用的部件，而且输入时钟和装备信息，来确认电源需求，而且依据预算值来挑选适宜的器材。
图1：功率预算器东西。
规划留意事项
在挑选一款契合FPGA运用需求的电源时，有必要将许多要素考虑在内。本钱、尺度，以及功率，始终是电源规划过程中需求留意的要素。不过，在FPGA运用中，某些电源轨将会有不同的要求。内核电源轨一般需求在线路、负载和温度规模内坚持愈加严厉的精度。某些电源轨，比如说收发器，关于噪声愈加活络，而且需求将它们的输出坚持在特定的噪声阀值以下。还需留意的是，某些具有共模电压的电源轨可组合在一起，而且可以用一个铁氧体磁珠进行阻隔，以完成滤波或作为一个负载开关。
当进行契合容限要求方面的规划时，需求将悉数的固定和动态运转条件考虑在内。首要，挑选一款基准精度少于1%的稳压器，这为客户预留了最大的规划裕量空间来处理负载瞬变等动态运转条件。
在规划高速收发器电源轨时还需慎重，因为这些活络电源轨上的噪声会使功能下降，而且添加颤动。低压降稳压器 （LDO） 是这些电源轨的抱负挑选。不过，当需求更高电流时，只需输出纹波的典型值在10kHz至80MHz频率规模内坚持在10mVpk-pk以下，就可以运用开关电源。专用FPGA数据表将包括与收发器需求相关的具体技能标准。
电源排序是FPGA电源规划时的别的一个重要方面。因为有数个电源轨为FPGA供电，下面引荐的电源序列在发动时罗致最小电流，这反过来避免了对器材的损坏。图2中显现的是针对Virtex 7系列FPGA上的逻辑电路和收发器电源轨的主张加电电源序列。针对Zynq 7000系列SoC的处理器排序显现在图2中。
图2：针对Virtex 7 FPGA的引荐加电序列。*VCCINT and VMGTAVCC可一起加电，只需它们在VMGTAVTT之前发动，它们的加电次序可以交换。
图3：主张用于Zynq 7000系列SoC的加电序列。
关于Xilinx 7/Zynq 7000系列器材来说，这些电源轨有必要具有一个单调上升，而且有必要在0.2ms至50ms的周期规模内加电，而关于Xilinx Ultrascale FPGA系列器材来说，这个周期规模在0.2ms到40ms之间。主张断电序列与加电序列的次序相反。
电源解决方案
一旦现已预算出适宜的电流电平，而且悉数规划留意事项已知的话，电源规划人员可以开端器材选型。有几个选项可供挑选，比如低压降稳压器 （LDO）、开关形式电源 （SMPS） 和集成模块，它们都具有不同的优缺陷。例如，因为其简单性和低输出噪声，LDO是某些较低电流FPGA电源轨的抱负挑选。而LDO的缺陷在于，它们的功率不高，而且会在较高电流时，经过导通晶体管许多散热。它们一般适用于那些功率较低的运用，以及那些要求低噪声的运用。
当需求的电流值大于2安培，而且功率更为重要的话，规划人员可以挑选开关形式电源 （SMPS）。这些器材在单相位装备中的功率可以到达90%以上，而且供给高达30A的电流。与LDO比较，它们的规划作业量更大，而且在较轻负载时的功率不太高，不过它们愈加灵敏，而且在较高电流电平常的功率较高。
电源模块，比如说LMZ31506(＄7.0537)易电源 （simple switcher），可以将一个DC/DC转换器、功率金属氧化物场效应晶体管 （MOSFET）、一个屏蔽电感器，和无源组件集成在一个薄型四方扁平无引线 （QFN） 封装内。因为悉数组件现已集成在一个封装内，而且仅需最少的外部组件，这样可以削减规划时刻。
Webench FPGA架构规划东西
Webench FPGA架构规划东西（图4）是一款非常有用的东西，可以协助电源规划人员在几分钟内构建数个FPGA电源轨。这个东西包括某些最近上市的FPGA的具体电源需求。在这款东西中，你只需挑选正在运用的FPGA，而且将电流调整到需求的水平上，而这款东西将构成一份综合性的规划陈述。
图4：Webench FPGA架构规划东西。
Sami Sirhan是德州仪器 （TI） 模仿产品商场营销组的体系工程师，担任开发体系参阅规划。Sami结业于加州旧金山州立大学，获电子工程学士学位。
Tamara Schmitz是Xilinx公司技能商场营销部分的电源与存储器总监。
