電子技術(shù)解密：簡(jiǎn)化FPGA電源設(shè)計(jì)方案

　　FPGA即現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，它是一種多電源需求的芯片，在電子技術(shù)設(shè)計(jì)中常見(jiàn)電子芯片，那么在對(duì)其供電的時(shí)候肯定對(duì)電源設(shè)計(jì)的要求也是嚴(yán)格的，多電源設(shè)計(jì)是復(fù)雜的，我們要FPGA高效運(yùn)行需要簡(jiǎn)化電源設(shè)計(jì)，節(jié)約成本，下面即是具體的電源設(shè)計(jì)方法。

　　FPGA是一種多電源需求的芯片,主要有3種電源需求：

　　1.Vccint核心工作電壓

　　一般電壓都很低，目前常用的FPGA都在1.2V左右。為FPGA的內(nèi)部各種邏輯供電，電流從幾百毫安到幾安不等，具體取決于內(nèi)部邏輯的工作時(shí)鐘速率以及所占用的邏輯資源。對(duì)于這個(gè)電源來(lái)說(shuō)，負(fù)載時(shí)一個(gè)高度容性阻抗，對(duì)電源的瞬態(tài)響應(yīng)要求很高，而且由于驅(qū)動(dòng)電壓低工作電流大，對(duì)PCB的布線電阻非常敏感，需要特別注意走線寬度，盡可能減少布線電阻帶來(lái)的損耗。

　　2.VccoI/O驅(qū)動(dòng)電源

　　FPGA經(jīng)常要與多種不同電平接口的芯片通信，所以通常都會(huì)支持非常多的電平標(biāo)準(zhǔn)。Vcco就是為FPGA的I/O驅(qū)動(dòng)邏輯供電。不同的電平標(biāo)準(zhǔn)需要不同的I/O電壓來(lái)對(duì)應(yīng)，具體可以參見(jiàn)FPGA的相關(guān)芯片手冊(cè)，比如XilinxSpartan6系列，就應(yīng)該查詢Xilinx官方文檔，編號(hào)ds162.pdf，在page7table7RecommendedOperatingConditionsforUserI/OsUsingSingle-EndedStandards有詳細(xì)說(shuō)明。另外FPGA為了同時(shí)能和多種不同的電平標(biāo)準(zhǔn)接口芯片通信，Vcco通常以BANK為界，互相之間相互獨(dú)立，也就是說(shuō)在一顆FPGA芯片上同時(shí)存在幾種不同的I/O電壓。當(dāng)然同一個(gè)BANK只能存在1種I/O電壓。

　　3.Vccaux輔助電源

　　FPGA并不是一個(gè)單純的數(shù)字邏輯芯片，內(nèi)部也帶有一些模擬組件，比如Xilinx的DCM數(shù)字時(shí)鐘管理組件，這些模擬類的組件對(duì)電源的電源抑制比（PSRR）也就是電源噪聲，或者說(shuō)電源紋波非常敏感，所以通常會(huì)用一個(gè)獨(dú)立的供電電源。這個(gè)電源的電流需求一般都不大，但對(duì)電源的噪聲容忍度很低。所以應(yīng)該盡可能的提高其電源純凈度。比如不直接用開(kāi)關(guān)電源供電，先使用LDO穩(wěn)壓后再供給Vccaux。另外Vccaux還給部分的I/O供電,比如功能選擇引腳,JTAG等,具體還得參考芯片手冊(cè)的電源相關(guān)說(shuō)明。

　　既然有這么多電源需求，那么電源設(shè)計(jì)的時(shí)候就不得不考慮電源設(shè)計(jì)方面的一些問(wèn)題了。

　　為FPGA供電時(shí)需要考慮若干電源設(shè)計(jì)方面的問(wèn)題：

　　1.增加了輸出電壓軌數(shù)量

　　2.需要為電軌設(shè)置設(shè)定點(diǎn)精度

　　3.需要優(yōu)化設(shè)計(jì)中的無(wú)源板面布局才能實(shí)現(xiàn)極低的紋波噪聲

　　4.需要AC瞬態(tài)響應(yīng)，以及補(bǔ)償環(huán)路

　　另外，不要忘了還有排序以及更多所需功能。

　　圖1顯示了FPGA開(kāi)發(fā)套件中典型的FPGA電源解決方案。設(shè)計(jì)該方案除了要選擇正確的器件和電感器外，還需要具備一些其它的專業(yè)知識(shí)。例如，需要考慮部件放置和板面布局方面的細(xì)節(jié)。

　　圖1.典型的FPGA電源解決方案

　　那么，如何才能簡(jiǎn)化電源設(shè)計(jì)呢?

　　幸運(yùn)的是，有多種解決方案都有助于實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化。重點(diǎn)介紹兩種能夠幫助您快速便捷地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)的創(chuàng)新技術(shù)。

　　簡(jiǎn)化電源設(shè)計(jì)方法一：

　　需要著重介紹的技術(shù)是用于創(chuàng)建FPGA電源解決方案的WEBENCHFPGAArchitect設(shè)計(jì)工具(原理設(shè)計(jì)加仿真結(jié)果)

　　WEBENCHFPGAArchitect設(shè)計(jì)工具可幫助您：

　　選擇您想要的FPGA廠商，選擇您將使用的FPGA產(chǎn)品系列，滿足由FPGA廠商提供的FPGA電源估計(jì)器工具定義的電源需求。

　　執(zhí)行這幾個(gè)簡(jiǎn)單步驟就可成就FPGA電源解決方案，并在產(chǎn)品尺寸、效率和成本方面全方位實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。這種易用型工具能幫助您克服初始障礙，將設(shè)計(jì)時(shí)間從幾天縮短至幾分鐘，從而贏得領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。

　　簡(jiǎn)化電源設(shè)計(jì)方法二：

　　是集成型電感器電源模塊，它可以切實(shí)簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)方案。

　　電源模塊主要在單個(gè)IC封裝中集成電感器，但也可集成其它外部組件，如FET、補(bǔ)償環(huán)路(若需要)以及反饋電阻器等。電源模塊的功能特性非常豐富，例如可將啟用和電源指示良好引腳用于排序，而且僅需最少的外部組件，如輸入電容器、輸出電容器、可能還需要一個(gè)反饋電阻器。該模塊有助于將圖1的電源解決方案簡(jiǎn)化為圖2的方案?？蓪⒓尚碗姼衅麟娫茨K用于為FPGA供電，并被FPGA廠商視為一種適合的電源解決方案。此外，這些模塊還有助于簡(jiǎn)化板面布局，幫助您以前所未有的速度完成設(shè)計(jì)。

　　圖2.采用LMZ30602的集成型電感器電源模塊