電子技術(shù)解密：簡化FPGA電源設(shè)計方案

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

　　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)部邏輯的工作時鐘速率以及所占用的邏輯資源。對于這個電源來說，負(fù)載時一個高度容性阻抗，對電源的瞬態(tài)響應(yīng)要求很高，而且由于驅(qū)動電壓低工作電流大，對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的損耗。

　　2.VccoI/O驅(qū)動電源

　　FPGA經(jīng)常要與多種不同電平接口的芯片通信，所以通常都會支持非常多的電平標(biāo)準(zhǔn)。Vcco就是為FPGA的I/O驅(qū)動邏輯供電。不同的電平標(biāo)準(zhǔn)需要不同的I/O電壓來對應(yīng)，具體可以參見FPGA的相關(guān)芯片手冊，比如XilinxSpartan6系列，就應(yīng)該查詢Xilinx官方文檔，編號ds162.pdf，在page7table7RecommendedOperatingConditionsforUserI/OsUsingSingle-EndedStandards有詳細(xì)說明。另外FPGA為了同時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，也就是說在一顆FPGA芯片上同時存在幾種不同的I/O電壓。當(dāng)然同一個BANK只能存在1種I/O電壓。

　　3.Vccaux輔助電源

　　FPGA并不是一個單純的數(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)字時鐘管理組件，這些模擬類的組件對電源的電源抑制比（PSRR）也就是電源噪聲，或者說電源紋波非常敏感，所以通常會用一個獨(dú)立的供電電源。這個電源的電流需求一般都不大，但對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的電源相關(guān)說明。

　　既然有這么多電源需求，那么電源設(shè)計的時候就不得不考慮電源設(shè)計方面的一些問題了。

　　為FPGA供電時需要考慮若干電源設(shè)計方面的問題：

　　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)計中的無源板面布局才能實(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開發(fā)套件中典型的FPGA電源解決方案。設(shè)計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。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，如何才能簡化電源設(shè)計呢？

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

　　簡化電源設(shè)計方法一：

　　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)計工具（原理設(shè)計加仿真結(jié)果）

　　WEBENCHFPGAArchitect設(shè)計工具可幫助您：

　　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電源估計器工具定義的電源需求。

　　執(zhí)行這幾個簡單步驟就可成就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)計時間從幾天縮短至幾分鐘，從而贏得領(lǐng)先優(yōu)勢。

　　簡化電源設(shè)計方法二：

　　是集成型電感器電源模塊，它可以切實(shí)簡化設(shè)計方案。

　　電源模塊主要在單個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、可能還需要一個反饋電阻器。該模塊有助于將圖1的電源解決方案簡化為圖2的方案。可將集成型電感器電源模塊用于為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化板面布局，幫助您以前所未有的速度完成設(shè)計。

　　圖2.采用LMZ30602的集成型電感器電源模塊