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凌力尔特FPGA电源管理解决方案

2023-04-07 02:12:04

  FPGA 开发套件容许系统开发人员不需要设计一个完整的系统就能评估 FPGA。图 1 和图 2 示出了 Altera 的新型 20nm Arria 10 FPGA 和 Arria 10 SoC (片内系统) 开发板。这些开发板由 Altera 进行了测试和验证,并举例说明了布局、信号完整性和电源管理方面的最佳设计方法。

  
图 1:Arria 10 GX FPGA 开发套件板

  
图 2:Arria 10 SoC 开发套件板

  针对内核、系统和 I/O 的电源管理

  谨慎地选择高端 FPGA (包括 Arria 10) 的电源管理解决方案应谨慎地选择。经过审慎考虑的电源管理设计可缩减 PCB 尺寸、重量和复杂性,并可降低功耗和冷却成本。而且,它对于实现最优系统性能是必不可少的。例如,从 12V DC/DC 稳压器提供 0.95V/105A 以给图 1 的 Arria 10 GX FPGA 内核供电,这有几个特点以配合 SoC 的节能方案:

  Arria 10 的 SmartVID 采用 DC/DC 稳压器的集成型 6 位并行 VID 接口,以控制 DC/DC 稳压器以及降低静态和动态状态期间的 FPGA 功耗。

  DC/DC 稳压器的非常低值 DCR 电流检测通过尽量减少电感器中的功率损失来改善效率。温度补偿可在较高的电感器温度下保持准确度或 DCR 值。

  表 1 概要给出了图 1 所示 Arria 10 开发套件的电源轨和功能。该表罗列了针对每种功能的凌力尔特器件型号和描述。

  表 1:用于图 1 所示 Arria 10 GX FPGA 开发套件的电源管理物料清单

  利用 LTpowerPlanner 设计工具进行电源树的定制

  如果您的电源要求与开发套件中举例说明的设计不同,将怎样呢? 对于此类场合,可使用基于 PC 的 LTpowerPlanner? 设计工具以实现系统电源树的个性化和优化。从开发套件中给出的建议着手,然后容易地重组电源模块 (power block)、更改功率额定值、计算效率和功率损耗、进行每个电源模块的仿真、选择 DC/DC 稳压器的型号、并认证一款定制的解决方案。LTpowerPlanner 可针对 Arria 10 开发套件的 FPGA 和系统要求产生电源树 (图 3),并可在涵盖面更广的 LTpowerCAD? 设计工具内提供。

  Figure 3. Power Tree for Arria 10 GX FPGA Board (Figure 1). Designed in LTpowerPlanner, An Analytical and Simple First Step Design Tool for Mapping System Power Requirements
图 3:用于 Arria 10 GX FPGA 开发板 (图 1) 的电源树。采用 LTpowerPlanner 进行设计,一款分析性和简单的首步设计工具以用于映射系统的电源要求。

  LTpowerCAD 使用户能够:

  选择特定的凌力尔特 DC/DC 稳压器以与某种给定的电源规格相匹配

  选择合适的功率组件 (例如:电感器、电阻器电容器

  优化效率和功率损耗

  优化稳压器环路稳定性、输出阻抗和负载瞬态响应

  把设计导出至 LTspice? 以进行时域仿真