导言
FPGA是一种供给许多逻辑单元和其他功用（如收发器、PLL和用于杂乱处理使命的MAC单元）的器材。FPGA现在变得十分强壮，有效地为它们供电是规划的一个重要方面，这一点常常被轻视。
本文剖析了针对FPGA的电源要求，供给了关于怎么将其放在PCB上和放在什么方位的辅导，并经过一个规划示例让读者了解规划进程，规划傍边FPGA地点的体系由12 V总线供电，这是来自市电供电SMPS的主输出。
功耗预算器和电压要求
FPGA规划的一个重要方面是确认所需电压要求和每个电压轨的电流要求。各大FPGA厂商都供给了综合性计算器来协助确认这些要求，考虑要素包含器材作业频率、所用门电路数量以及门电路的切换率。例如，Altera供给了PowerPlay Early Power Estimator，Xilinx供给了XPower Analyzer。
表1包含Altera和Xilinx器材需求的一些典型电压轨，分为三个中心电压：I/O电压、收发器电压和辅佐电压。
POL和配电体系
中心电压较低的FPGA需求高电流、高精度和最小纹波。为完结这一方针，去耦电容器的方位应当尽量附近FPGA，使去耦通路中的ESR和ESL最小。
另一种适宜做法是将POL稳压器放在尽量附近器材的方位，但不影响FPGA的输入和输出途径。更高的作业频率和操控、驱动器与MOSFET和集成度有助于完结紧凑的布局。小解决方案占位面积答应将稳压器放在FPGA的近旁，然后改进稳压器瞬态呼应。图1供给了来自Vishay microBUCK产品的一种3 A稳压器示例。
图1： 阶跃呼应为SiP12107。VIN = 5 V，VOUT = 1.2，Fsw = 2 MHz；20 kHz时条件下负载阶跃 = 0 – 3 A；L = 330 nH，CIN = 22 μF，COUT = 22 μF；黄色 = VOUT，蓝色 = 电流。
从图中能够看出，在22 μF （0805） 最小输入和输出电容时，阶跃呼应为37 mV Pk-Pk（负载还有一些%&&&&&%）。
稳压器运用电流形式稳定导通时刻 （CM-COT） 拓扑结构，且不需求经过外部纹波按捺来供给稳定性。这能够协助下降元件数量和供给优异的瞬态呼应。
挑选适宜的稳压器
在挑选稳压器时，首要挑选规范之一是所要求的输入作业电压。其次应当查看电流要求。在终究备选器材名单确认后，再对一些特性进行查看，如作业频率规模、低电流形式省电量等，这样规划人员就能确认最适合运用的器材。
多家开关稳压器供货商现在都供给在线仿真东西来辅佐电源规划。例如，Vishay稳压器有PowerCAD在线仿真东西支撑。在运用上述办法剖析了可选器材之后，在线仿真东西可让用户快速完结规划（参见图2的仿真电路原理图）。这个进程完结后，接着能够查看作业波形，如发动、阶跃呼应及稳态作业，以了解电流和电压幅值。该仿真器的特性还包含高功率、一切元件损耗的细分类目以及BOM生成器。
图2：Vishay PowerCAD软件仿真电路原理图
初始规划进程示例
咱们以挑选时钟速度为362 MHz的Cyclone IV EP4CGX75为例。
1.运用PowerPlay确认每个电源轨的电流要求。在此例中，咱们只对输出端具有最差状况负载时的FPGA供电进行剖析。表2列出了从前期预算器软件得到的规划技能标准。
表2：来自Altera PowerPlay的规划技能标准
2.现在能够挑选器材。从表2能够看出，器材的中心电压在电流为5 A时是1.2 V。别的还有来自这个电压轨的另一个1 A要求，使得来自该电压轨的总电流要求为6 A。实际上，其他两个电压也是这样，而且导致图3所示的电源架构。
图3：示例解决方案
3.运转Vishay PowerCAD仿真器，得到表3中的成果。
这些仿真与终究规划在功率方面的差异不超越1%。尽管它们不能替代翔实的规划进程，但有助于规划人员在费时吃力完结硬件规划使命前快速了解或许得到的成果。
作者：Owain Bryant，Vishay Siliconix产品运用工程师
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