西門子如何選擇合適的電源模塊為FPGA供電？

時間：2018-08-13

現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)是可以包括數(shù)千個典型的、可編程邏輯單元.一個由線和可編程開關的矩陣與單獨的邏輯單元互連.典型的設計包括*每個單元的簡單邏輯功能和選擇性地關閉互連矩陣中的開關.
FPGA主要用于原型IC系統(tǒng).當設計完成后,設計人員可以將邏輯轉換為以高速度工作的硬連接線IC.為了能正常工作,FPGA必須采用適當?shù)碾娫垂芾砑夹g.

FPGA有哪些供電要求?

FPGA的電源取決于內部電路的要求.FPGA有三個要配置元素:可配置邏輯塊(CLB),I/O塊(IOB)及其相互連接(見圖).CLB提供功能性邏輯元素.IOB提供封裝引腳和內部信號線之間的接口.可編程相互連接資源提供布線途徑以連接CLB和IOB的輸入和輸出至合適的網(wǎng)絡.施加于CLB(或**)的電壓被稱為VCCINT.VCCO為IOB的供電電壓.一些FPGA有被稱為VCCAUX的另外一個電壓輸入.

VCCINT的典型電壓和電路取值如何?

典型的電壓為1.2 V、1.5 V、1.8 V、2.5 V和3V,電流達12A.CLB數(shù)越大,電壓越小而電流越高.此外,VCCINT應該單調上升,不允許有下降.

VCCO的典型電壓和電路取值如何?

較常見的VCCO電壓為1.2 V、1.5 V、1.8 V、2.5 V、3. 3 V,在以前的系統(tǒng)中甚至為5V.電流范圍在1~20 A之間.

VCCAUX有哪些供電要求?

典型的輔助電壓VCCAUX為3.3 V或2.5 V.它對FPGA中有嚴格時間要求的資源進行供電,所以它很容易受電源噪聲的影響.除非VCCO不產(chǎn)生過大的噪聲,VCCAUX可以與VCCO共用電源層.

什么類型的電源資源可以被用于FPGA?

FPGA電源要求包括電壓輸出在1.2 V~5 V之間,電流輸出大幾十毫安到幾安培之間.三種可能的解決方案為低漏失(LDO)線性整流電路、開關模式變壓器以及開關模式電源模組.較終的選擇取決于系統(tǒng)、成本和面市時間要求.

LDO有哪些優(yōu)勢?

如果板空間有保證,低輸出噪聲很重要,或者系統(tǒng)要求對輸入和瞬態(tài)現(xiàn)象快速響應,就應該采用LDO整流器.LDO提供了中低輸出電流.輸入電容器通常會切斷輸入至LDO的阻抗和噪聲.LDO還要求在輸出側有一個電容器,以處理系統(tǒng)瞬態(tài)現(xiàn)象并提供穩(wěn)定性.雙輸出LDO還能同時向VCCINT和VCCO供電.

開關模式變壓器有哪些優(yōu)勢?

當設計效率非常關鍵且系統(tǒng)要求大輸出電流時,開關模式變壓器具有優(yōu)勢.開關電源提供比LDO高的效率,但其開關特性使其對噪聲敏感.與LDO不同,開關模式變壓器需要使用電感器,而且可能需要變壓器進行DC-DC轉換.

哪些因素決定了FPGA的功耗?

CLB的功耗包括如所用CLB邏輯單元數(shù)/RAM塊數(shù)的內部資源、工作時鐘頻率、切換率,布線和I/O功率.對于I/O功耗,影響因素包括輸出類型、工作時鐘頻率、以及輸出的信號翻轉個數(shù)以及輸出負載.實際功耗取決于特定的系統(tǒng)設計FPGA電源的斜升時間(ramp-time)要求有哪些?

為確保供電,**電壓VCCINT校正時間必須在一定范圍內.對于一些FPGA,過大的校正時間會產(chǎn)生長時間的供電電流,由于在變壓器啟通treash-old中VCCINT需要長時間.開啟校正時間長會引起熱壓力,如果電源向FPGA提供大電流.一些DC/DC變壓器提供可調節(jié)軟啟動,允許通過一個外部電容器控制校正時間.校正時間取決于FPGA制造商,典型取值在50~100ms.

一定要采用FPGA供電時序?

許多FPGA沒有時序要求,所以VCCINT、VCCO和VCCAUX可以同時供電.當不可能如此時,上電電流可能略高.對于特定FPGA時序不同.對于一些FPGA,重要的同時施加VCCINT和VCCO.對另一些FPGA,上電可以任意順序進行.在大多數(shù)情況下,習慣于在施加VCCO之前施加VCCINT.

FPGA存在涌流問題嗎?

當VCCINT在06.~0.8 V之間時,對一些FPGA系統(tǒng)存在涌流.在這期間,功率變壓器連續(xù)供電.人們不希望在應用中有迭返(Foldback)電流限制,由于這一部分降低了輸出電壓以限制電流.但是在電流限制電源解決方案中,一旦電路以**過設定額定電流的電源供電,電源限制了電流達到額定值.

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