最新FPGA所需的電源IC為電子多樣化提供空間

近年來，電子設備(應用)的多樣化與高性能化以驚人的速度不斷發(fā)展?？梢哉f，這種趨勢使各產(chǎn)品的開發(fā)周期縮短，并給半導體技術帶來了巨大的發(fā)展空間。

在這種背景下，被稱為FPGA的LSI為電子設備的開發(fā)作出了巨大貢獻，它比以往任何時候更引人關注，市場規(guī)模不斷擴大。

1.何謂FPGA

FPGA為Field Programmable Gate Array的縮寫，意為在現(xiàn)場(Field)、可擦寫(Programmable=可編程)的、邏輯門(Gate)呈陣列(Array)狀排布的半定制LSI，簡言之，即“后期電路可擦寫邏輯元件”。

產(chǎn)品售出后也可進行再設計，可順利進行產(chǎn)品的更新以及新協(xié)議標準的應對。這是制成后內(nèi)容即被固定的ASIC (Application Specific Integrated Circuit：特定應用定制IC)和ASSP (Application Specific Standard Product：特定應用的功能專業(yè)化的標準、市售IC)所沒有的、只有FPGA才具備的特點。

FPGA不僅具備可再編程的靈活性，隨著近年來技術的發(fā)展，F(xiàn)PGA的高集成度、高性能化、低功耗化、低成本化也在不斷進步，F(xiàn)PGA已經(jīng)逐漸具備了與ASIC和ASSP同等程度的功能，因此，在各種電子設備中的應用日益廣泛。

2.FPGA所需求的電源規(guī)格

ROHM于今年7月開發(fā)出并發(fā)布了對應最新FPGA的、即Xilinx公司生產(chǎn)的28nm制程7系列的開關穩(wěn)壓控制器“BD95601MUV(1ch)”、“BD95602MUV(2ch)”。另外，還開發(fā)出用于AVNET Internix公司FPGA用開發(fā)套件(MiniModule Plus)(照片1)的電源模塊板。(照片2)

照片2：ROHM電源模塊板

這兩種成為參考設計的電源IC性能非常好，而且通用性強，不僅可用于FPGA，還可在更廣泛的應用中使用。最近的高端FPGA(此次AVNET Internix公司的開發(fā)套件為Xilinx Kintex-7用)，由于其制程工藝的微細化以及與其相應的低電壓化、內(nèi)核部與接口部的電源分離以及數(shù)字電路與模擬電路的混裝等多電源化，必然需要先進的電源管理。電壓精度當然要求低波紋，而且要求具備投入時序管理和優(yōu)異的負載瞬態(tài)響應性能。圖1為ROHM電源模塊的輸出結構，表示生成上述項目的各開關穩(wěn)壓控制器與電壓/電流。

圖1：電源模塊的輸出結構與FPGA的電源要求

這種模塊需要內(nèi)部電路、I/O、RAM、收發(fā)器用等共8種電壓。以內(nèi)部電路用VCCINT為例，電壓精度為±3%。

系統(tǒng)電壓等通常為±5%，因此，僅從比例考慮的話±3%可視為稍微苛刻的要求，但按實際的容許電壓考慮的話：3.3V±3%為3.3V±99mV，VCCINT=1.0V±3%為1.0V±30mV即、VCCINT的容差僅為±30mV，當電壓較低時，實際的容許電壓值要求嚴格。這對于具有波紋電壓的開關穩(wěn)壓器來說是非常苛刻的條件，如果負載瞬態(tài)響應速度不夠快，也很容易超出容許范圍。對于電源來說，實現(xiàn)低電壓高電流輸出、高精度高穩(wěn)定性是巨大的課題。

另外，不僅是電源精度，對于多數(shù)電源來說，都已詳細規(guī)定了電源上電時序、斷電時序，不滿足這些要求就會發(fā)生FPGA不啟動等問題。

―實現(xiàn)高速負載瞬態(tài)響應的ROHM開關穩(wěn)