關(guān)于電源模塊在FPGA電源解決方案中的應(yīng)用的分線和介紹

FPGA（Field Programmable Gate Array）—— 現(xiàn)場可編程門陣列，一經(jīng)發(fā)明，靠著可編程，靈活性強(qiáng)、開發(fā)周期短、并行運(yùn)算效率高的先天優(yōu)勢在高速數(shù)據(jù)接口得以應(yīng)用。

近些年，隨著使用最為先進(jìn)的芯片工藝，憑借其性能的提升，它在通信領(lǐng)域得以迅猛發(fā)展，又不斷走紅于其他市場，如工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)控制、醫(yī)療、人工智能和數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域。

另外，隨著工藝制程的降低，Xilinx由7系列的28nm到最新Versal的7nm，F(xiàn)PGA的生產(chǎn)廠家也逐步降低核心電源的電壓，由于集成了更多的邏輯芯片和功能，電流不斷上升，電壓軌也隨之增加，這給電源設(shè)計(jì)帶來了諸多挑戰(zhàn)：

更大的電流和更快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)

更準(zhǔn)確的電壓精度，±3%

上下電的時(shí)序需求

更多的電源轉(zhuǎn)換需求與更小面積的矛盾

面對這些挑戰(zhàn)，我們的工程師是如何破浪前行，利用MPS的電源模塊，設(shè)計(jì)和優(yōu)化FPGA電壓解決方案的呢？在此次直播中，楊恒博士給我們做了耐心的講解，并一一列出了MPS 電源模塊的優(yōu)勢及其特性：

首先，MPS采用特殊的恒定導(dǎo)通時(shí)間控制模式（Constant-on-time control），相比于傳統(tǒng)電流模式控制方式，它具備更快的響應(yīng)速度（最快達(dá)4倍），可使用更少的解耦電容來滿足±3%的電壓偏移要求；

MPS的電源模塊均支持單調(diào)上升啟動(dòng)，可以調(diào)整軟啟動(dòng)時(shí)間（斜率可調(diào)）；

推薦時(shí)序控制方法 – MPS的多路輸出電源模塊MPM54304，內(nèi)置時(shí)序功能，在模塊內(nèi)部自動(dòng)實(shí)現(xiàn)時(shí)序，而無需外部時(shí)序芯片；對于單路的電源模塊，可以外加時(shí)序控制器Sequencer來實(shí)現(xiàn)上電和下電的時(shí)序。

MPS作為Xilinx的合作伙伴，已在多個(gè)參考設(shè)計(jì)中和Xilinx進(jìn)行合作，包括：功能強(qiáng)大的Zynq US+ RFSoc Development Kit，Spantan-7 Reference design board SP701，還有更多合作的設(shè)計(jì)正在進(jìn)行中。

接下來，我們給小伙伴們講講MPS的模塊到底有什么不同尋常之處。

MPS模塊采用MPS自己的電源芯片，以芯片的封裝工藝集成在一個(gè)非常小的模塊里，MPS的Flip-chip的封裝技術(shù)可以極大的減小連接阻抗、寄生電感，并減小熱阻。

講了這么多MPS電源模塊的好處，總得拿出點(diǎn)真材實(shí)料才能說得過去吧。別著急，楊恒博士早就看透了大伙的心思，精心地捧出了大家翹首以盼的 MPS 產(chǎn)品：

MPM3695系列

專門針對FPGA應(yīng)用而推出的數(shù)字可編程可擴(kuò)展電源模塊，具有可擴(kuò)展性，能提供更大的輸出電流。

MPM54304

業(yè)界第一款多路（4路）輸出電源模塊，可提供內(nèi)部時(shí)序控制，設(shè)計(jì)尺寸非常小，已為Sparton-7 提供了一個(gè)參考設(shè)計(jì)，可從MPS直接訂購，上板可直接使用。

MPM3632C

CCM模式電源模塊產(chǎn)品，適用于高速收發(fā)器和敏感的電壓軌。

MPM3683-7

模擬模塊，開關(guān)頻率和電流限及保護(hù)功能均可使用電阻實(shí)現(xiàn)。

還有幾款針對Xilinx推出的參考設(shè)計(jì)評估板：

在直播的最后環(huán)節(jié)，楊恒博士還為大家分享了：如何應(yīng)用電源模塊來取代傳統(tǒng)的LDO，以用于超低噪聲應(yīng)用？

通常，在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，會(huì)采用LDO給非常敏感的電壓軌供電，但由于LDO的損耗非常大，在電流變大的情況下，損耗會(huì)顯著增加。在開關(guān)模式電源芯片中，電容越多，寄生電感也會(huì)越來越多，解耦電容的阻抗也會(huì)增加。那么，又該解決這個(gè)難題呢？看楊恒博士的解答：

增加第二級(jí)LC濾波器

增加一個(gè)阻尼支路（Damping Branch）

具體設(shè)計(jì)方式和更多的詳細(xì)內(nèi)容，請觀看直播視頻，而且在直播中，還給出了此方案與LDO方案的性能及噪聲對比，提升效果非常顯著。