AnDAPT為FPGA供電帶來領先的完全可編程定制化PMIC

十年前，當我第一次開始為一家 FPGA 公司工作時，我驚訝地發(fā)現(xiàn)這些部件需要紛繁復雜的電源軌。我從來沒有遇到過需要五到十個甚至更多電源軌的芯片。即使在過去的 PMOS 時代，芯片也只需要三個電源電壓，而在幸運的最近幾十年里，5 伏的電源電壓就足夠了。不知何故，有人允許 FPGA 設計人員滿足他們的過度電源要求。這種令人不快的特性并不是某個供應商的 FPGA 獨有的。如今，除了最古老和最簡單的 FPGA 之外，幾乎所有的 FPGA 都是這樣的。

多年來，F(xiàn)PGA 供應商一直與電源管理 IC (PMIC) 芯片制造商合作開發(fā)電源子系統(tǒng)參考設計，為他們的 FPGA 提供所有需要的電源軌。您可能已經(jīng)注意到，F(xiàn)PGA 供應商傾向于選擇與其共享分銷商的 PMIC 供應商，因此如果您更喜歡來自另外一個供應商的 FPGA，并且大多數(shù)工程師都支持此FPGA，那么很有可能 由于EDA工具鎖定，您可能找不到基于首選 PMIC 供應商芯片的FPGA 電源子系統(tǒng)參考設計。如果您使用來自多個供應商的 FPGA，您可能無法使用相同的 PMIC 為不同品牌的 FPGA 供電，至少不能使用供應商的參考設計。?您可能需要設計自己的電源子系統(tǒng)或請您最喜歡的 PMIC 供應商為您設計一些東西。

現(xiàn)在，還有另一種選擇。它來自一家快速發(fā)展的可編程模擬半導體公司安普芯源( AnDAPT,這就是公司名稱的大寫方式）。AnDAPT 由 Kapil Shankar 創(chuàng)立，他曾創(chuàng)立并擔任 FPGA 供應商 SiliconBlue 的首席執(zhí)行官。（Shankar 顯然喜歡大寫怪異的公司名稱。） Lattice Semiconductor 最終收購了 SiliconBlue，而 Shankar 的新企業(yè) AnDAPT 專注于可編程模擬 IC。

AnDAPT的目標之一是為市場上主要 FPGA 供應商提供FPGA 電源解決方案。AnDAPT 的自適應多軌電源平臺 (AmP) PMIC 是基于 SRAM 的可編程電源芯片，此架構是為 FPGA提供紛繁復雜電源軌的門票。AmP PMIC 在其可編程模擬結(jié)構中包含可編程電源開關和線性穩(wěn)壓器以及模擬比較器、放大器和功率 FET。它們還在數(shù)字結(jié)構中包含一些可編程邏輯，其中包括更熟悉的 LUT 和 RAM，用于制定決策和排序。

如上所述，現(xiàn)代 FPGA 需要多個電源軌。其中一些電源軌必須提供高電流（數(shù)十安培），而另一些則需要相對較低的電流。高電流電源軌通常實現(xiàn)為開關電源，以提高效率，而低電流電源軌通常采用線性通路穩(wěn)壓器，以降低成本和簡單性。因此，在為 FPGA 設計電源子系統(tǒng)時，需要處理多種電壓和電源電流。

例如，下面是 AMD-Xilinx Zynq UltraScale+ MPSoC 所需的電源圖，這是一種將 FPGA 與基于處理器的 SoC 相結(jié)合的 SoC：

如圖所示，Zynq UltraScale+ MPSoC 需要 10 個獨特的電源軌，顯示為編號為 1 到 10 的時序。顯然，為 Zynq UltraScale+ MPSoC 等設備供電的相關復雜性超出了所需的電壓和電流。電源軌必須在系統(tǒng)上電時以正確的順序和正確的時序初始化，并且在電源關閉時也可能需要正確排序。違反電源軌排序和時序規(guī)范可能會損壞這類芯片。這意味著為這些類型的芯片設計電源子系統(tǒng)部分是模擬電路，部分是數(shù)字電路。

公正地說，所有 FPGA 供應商都意識到他們已經(jīng)將電源設計挑戰(zhàn)置于想要使用 FPGA 的系統(tǒng)開發(fā)人員的膝上，并且他們與 PMIC 供應商合作開發(fā)了滿足要求的固定電源子系統(tǒng)設計他們的可編程邏輯器件。根據(jù) AnDAPT 的首席執(zhí)行官 Bill McLean 的說法，F(xiàn)PGA 供應商在為從 5 伏輸入運行的電源子系統(tǒng)開發(fā)基于 PMIC 的解決方案方面做得非常好。

然而，一些基于 FPGA 的系統(tǒng)設計使用 12 伏電源輸入，而 AnDAPT 發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的基于 PMIC 的解決方案無法很好地滿足這一需求。AnDAPT已決定要在這個 12 伏的輸入市場上占有一席之地。為此，AnDAPT 為來自 AMD-Xilinx 和 Microchip 的越來越多的可編程邏輯器件開發(fā)了固定電源子系統(tǒng)設計。

例如，AnDAPT為 Zynq UltraScale+ MPSoC 設計了一個使用AmP芯片的兩芯片電源子系統(tǒng)設計，如下表所示：

用于此電源子系統(tǒng)設計的兩個 AmP PMIC（在表的最后一列中標記為 ARD_X_ZUM_C1_IC1 和 ARD_X_ZUM_C1_IC2）是相同的基本 AmP 器件，但它們的固件不同以生成不同的電源軌。PMIC 配置發(fā)生在上電期間，就像其他基于 SRAM 的可編程邏輯器件一樣。AmP PMIC 通過 SPI（串行外設接口）端口加載其配置，或者充當 SPI 主機并從串行 EEPROM 加載配置比特流，或者充電SPI從機接受來自外部控制器的配置比特流。

上表沒有顯示的是，這些基于 AmP PMIC 的電源子系統(tǒng)設計還需要外部電感器、電容器和二極管。但是，您期望這是因為這些功率組件不容易集成到芯片中。使用其他供應商的大多數(shù) PMIC 時，情況大致相同。AnDAPT 的固定電源子系統(tǒng)設計及其設計工具為這些外部組件提供規(guī)范，作為工具生成的可下載設計文件包的一部分。

為了開拓這個 12 伏輸入的電源市場，AnDAPT 已經(jīng)為幾個 AMD-Xilinx 和 Microchip FPGA 開發(fā)了參考電源子系統(tǒng)設計。涵蓋的 AMD-Xilinx FPGA 包括 Zynq UltraScale+ MPSoC 和 RFSoC 系列，以及最初的 Zynq-7000 SoC 系列；Kintex UltraScale+、UltraScale 和 Kintex-7 FPGA 系列；以及 Artix UltraScale+ 和 Artix-7 FPGA 系列。AnDAPT 還為 Microchip PolarFire FPGA 開發(fā)了參考設計。

您可以使用 AnDAPT 的基于 Web 的 EDA 工具修改這些電源子系統(tǒng)設計或從頭開始創(chuàng)建自己的設計。這些工具采用簡單的圖形化拖放式用戶界面，并且根據(jù)我在 AnDAPT 網(wǎng)站上觀看的演示視頻，您可以使用這些工具設計一個電源子系統(tǒng)，所需時間比吃午飯還短， 并且不需要知道 Verilog 或 VHDL。

因此，如果您的設計需要多個從 12 伏輸入的電源運行的精密電源子系統(tǒng)，并且您沒有手邊的解決方案，您可能想看看 AnDAPT 的 AmP PMIC。

引用：

Powering FPGAs is a Giant Hassle. Here’s Some Help. AnDAPT Targets a Small Power IC Niche for its Programmable PMICs----by Steven Leibson