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ADI:FPGA电源的“护理和喂食”:成功的道与因

文章转自ADI官网,版权归属原作者所有 简介现代FPGA是有史以来最复杂的集成电路之一

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简介

现代FPGA是有史以来最杂乱的集成电路之一,它们选用最先进的晶体管技能和顶尖的架构,以完成令人难以置信的灵敏性和最高的功用。跟着时刻的推移和技能的前进,这种杂乱性决议了,在用FPGA规划和完成体系时,需求做出某些退让。这一点在电源中最为显着,FPGA每次更新换代,电源都要进步精度、灵敏性、可控性、功率和毛病感知才能,还要减小体积。

在本文中,咱们将专门评论针对Altera® Arria 10 FPGA的部分束缚性规范以及这些规范对电源规划的影响。然后,咱们将评论最佳供电解决计划,评论怎么运用ADI公司的整套电源体系管理(PSM)IC(包含LTC3887, LTC2977 和 LTM4677),成功地到达规范要求,使FPGA完成最佳的功率、速度和功率水平。

FPGA电源要求(解读数据手册)

工程师应该将大部分时刻用于编程——他们不期望花费时刻和精力去考虑怎么规划适宜的电源。实际上,最佳供电计划便是选用一种既能满意项目当时需求,又能到达项目晋级开展需求的,强壮、灵敏且卓有成效的规划计划。在此,咱们将细心调查一些重要的电源规范及其意义。

电压精度

内核电源电压是平衡FPGA功耗和功用的、最重要的要害要素之一。规范文档给出了一系列可承受的电压,但总的电压规模并不是问题的悉数。与一切事物相同,需求进行权衡和优化。

表1是当下盛行的Altera Arria 10 FPGA 1的内核电压规范示例。尽管这些数字是Arria 10特有的数据,但它们代表了其他FPGA内核电压要求。电压规模为标称电压另加±3.3%的容差。在此电压窗口内,FPGA会正常运转,但问题的全貌要杂乱得多。

表1.Altera Arria 10内核电压规范
符号 描绘 条件 最小值 典型值 最大值 单位
VCC 内核电压电源 规范功率和低功率0.87
0.92
0.9
0.95
0.93
0.98
V
V
SmartVID 0.82 0.93 V

留意标有”SmartVID”的行,其电压规模为0.82 V至0.93 V。这表明,当FPGA经过SmartVID 2接口(详见后文)恳求本身的内核电压时,FPGA能够承受的各种电压。该SmartVID规范表明晰有关FPGA的一个根本现实:FPGA能够在不同电压下运转,详细取决于其特定的制作容差以及选用的特定逻辑规划。FPGA的静态电压或许各不相同。电源有必要具有响应和适应才能。

规划方针是发生刚好能满意编程功用需求的功用水平,不耗费不必要的功率。依据半导体的物理特性以及Altera、Xilinx®(图1)和其他公司发布的数据可知,动态和静态功率会跟着内核V DD的添加而明显进步,因而咱们的方针是保证,给FPGA供给的电压刚好到达其时序要求即可。功耗过大无助于进步功用。实际上,功耗过多会使状况变得更糟,因为晶体管走漏电流跟着温度的升高而添加,然后耗费更多不必要的功率。因为这些原因,燃眉之急是优化规划和作业点的电压。

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