經(jīng)過測試和驗證的電源管理解決方案

Afshin Odabaee

FPGA 開發(fā)套件容許系統(tǒng)開發(fā)人員不需要設(shè)計一個完整的系統(tǒng)就能評估 FPGA。圖 1 和圖 2 示出了 Altera 的新型 20nm Arria 10 FPGA 和 Arria 10 SoC (片內(nèi)系統(tǒng)) 開發(fā)板。這些開發(fā)板由 Altera 進(jìn)行了測試和驗證，并舉例說明了布局、信號完整性和電源管理方面的優(yōu)質(zhì)設(shè)計方法。

圖 1：Arria 10 GX FPGA 開發(fā)套件板

圖 2：Arria 10 SoC 開發(fā)套件板

針對內(nèi)核、系統(tǒng)和 I/O 的電源管理

謹(jǐn)慎地選擇高端 FPGA (包括 Arria 10) 的電源管理解決方案應(yīng)謹(jǐn)慎地選擇。經(jīng)過審慎考慮的電源管理設(shè)計可縮減 PCB 尺寸、重量和復(fù)雜性，并可降低功耗和冷卻成本。而且，它對于實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)系統(tǒng)性能是必不可少的。例如，從 12V DC/DC 穩(wěn)壓器提供 0.95V/105A 以給圖 1 的 Arria 10 GX FPGA 內(nèi)核供電，這有幾個特點以配合 SoC 的節(jié)能方案：

Arria 10 的 SmartVID 采用 DC/DC 穩(wěn)壓器的集成型 6 位并行 VID 接口，以控制 DC/DC 穩(wěn)壓器以及降低靜態(tài)和動態(tài)狀態(tài)期間的 FPGA 功耗。

DC/DC 穩(wěn)壓器的非常低值 DCR 電流檢測通過盡量減少電感器中的功率損失來改善效率。溫度補償可在較高的電感器溫度下保持準(zhǔn)確度或 DCR 值。

表 1 概要給出了圖 1 所示 Arria 10 開發(fā)套件的電源軌和功能。該表羅列了針對每種功能的凌力爾特器件型號和描述。登錄 www.linear.com.cn/altera 網(wǎng)址，點擊 Arria 并了解這里介紹的兩款開發(fā)板之技術(shù)細(xì)節(jié)。

表 1：用于圖 1 所示 Arria 10 GX FPGA 開發(fā)套件的電源管理物料清單

利用 LTpowerPlanner 設(shè)計工具進(jìn)行電源樹的定制

如果您的電源要求與開發(fā)套件中舉例說明的設(shè)計不同，將怎樣呢? 對于此類場合，可使用基于 PC 的 LTpowerPlanner? 設(shè)計工具以實現(xiàn)系統(tǒng)電源樹的個性化和優(yōu)化。從開發(fā)套件中給出的建議著手，然后容易地重組電源模塊 (power block)、更改功率額定值、計算效率和功率損耗、進(jìn)行每個電源模塊的仿真、選擇 DC/DC 穩(wěn)壓器的型號、并認(rèn)證一款定制的解決方案。LTpowerPlanner 可針對 Arria 10 開發(fā)套件的 FPGA 和系統(tǒng)要求產(chǎn)生電源樹 (圖 3)，并可在涵蓋面更廣的 LTpowerCAD? 設(shè)計工具內(nèi)提供，登錄 www.linear.com.cn/ltpowercad 即可免費下載。

圖 3：用于 Arria 10 GX FPGA 開發(fā)板 (圖 1) 的電源樹。采用 LTpowerPlanner 進(jìn)行設(shè)計，一款分析性和簡單的首步設(shè)計工具以用于映射系統(tǒng)的電源要求。

LTpowerCAD 使用戶能夠：

選擇特定的凌力爾特 DC/DC 穩(wěn)壓器以與某種給定的電源規(guī)格相匹配

選擇合適的功率組件 (例如：電感器、電阻器和電容器)

優(yōu)化效率和功率損耗

優(yōu)化穩(wěn)壓器環(huán)路穩(wěn)定性、輸出阻抗和負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)

把設(shè)計導(dǎo)出至 LTspice? 以進(jìn)行時域仿真

結(jié)論

通過登錄網(wǎng)址可獲取針對 Altera Arria 10 FPGA 和 SoC 以及其他 Altera FPGA 的開發(fā)套件設(shè)計指導(dǎo) (包括電源樹和物料清單)。這些開發(fā)套件已由 Altera 或第三方開發(fā)商進(jìn)行測試和驗證。

審核編輯：郭婷