凌力爾特FPGA電源管理解決方案

　　FPGA 開發(fā)套件容許系統(tǒng)開發(fā)人員不需要設計一個完整的系統(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最佳設計方法。

　　
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

　　謹慎地選擇高端 FPGA （包括 Arria 10） 的電源管理解決方案應謹慎地選擇。經(jīng)過審慎考慮的電源管理設計可縮減 PCB 尺寸、重量和復雜性，并可降低功耗和冷卻成本。而且，它對于實現(xiàn)最優(yōu)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。

　　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 設計工具進行電源樹的定制

　　如果您的電源要求與開發(fā)套件中舉例說明的設計不同，將怎樣呢？ 對于此類場合，可使用基于 PC 的 LTpowerPlanner? 設計工具以實現(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、進行每個電源模塊的仿真、選擇 DC/DC 穩(wěn)壓器的型號、并認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? 設計工具內(nèi)提供。

　　
圖 3：用于 Arria 10 GX FPGA 開發(fā)板 （圖 1） 的電源樹。采用 LTpowerPlanner 進行設計，一款分析性和簡單的首步設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、輸出阻抗和負載瞬態(tài)響應

　　把設計導出至 LTspice? 以進行時域仿真