來源：羅姆半導(dǎo)體社區(qū)

當(dāng)CPU的計(jì)算能力接近飽和的時(shí)候，FPGA以其優(yōu)異的計(jì)算能力，成了各大廠商選擇的CPU“加速器”，那么，F(xiàn)PGA是什么呢？FPGA是一種提供許多邏輯單元和其他功能(如收發(fā)器、PLL和用于復(fù)雜處理任務(wù)的MAC單元)的器件。FPGA現(xiàn)在變得非常強(qiáng)大，有效地為它們供電是設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面，這一點(diǎn)常常被低估。

本文分析了針對(duì)FPGA的電源要求，提供了關(guān)于如何將其放在PCB上和放在什么位置的指導(dǎo)，并通過一個(gè)設(shè)計(jì)示例讓讀者熟悉設(shè)計(jì)步驟，設(shè)計(jì)當(dāng)中FPGA所在的系統(tǒng)由12V總線供電，這是來自市電供電SMPS的主輸出。

功耗估算器和電壓要求

FPGA設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面是確定所需電壓要求和每個(gè)電壓軌的電流要求。各大FPGA廠商都提供了綜合性計(jì)算器來幫助確定這些要求，考慮因素包括器件工作頻率、所用門電路數(shù)量以及門電路的切換率。例如，Altera提供了PowerPlay Early Power Estimator，Xilinx提供了XPower Analyzer。

POL和配電系統(tǒng)

核心電壓較低的FPGA需要高電流、高精度和最小紋波。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，去耦電容器的位置應(yīng)當(dāng)盡量鄰近FPGA，使去耦通路中的ESR和ESL最小。

另一種合適做法是將POL穩(wěn)壓器放在盡量鄰近器件的位置，但不影響FPGA的輸入和輸出路徑。更高的工作頻率和控制、驅(qū)動(dòng)器與MOSFET和集成度有助于實(shí)現(xiàn)緊湊的布局。小解決方案占位面積允許將穩(wěn)壓器放在FPGA的近旁，從而改善穩(wěn)壓器瞬態(tài)響應(yīng)。

在選擇穩(wěn)壓器時(shí)，首要選擇標(biāo)準(zhǔn)之一是所要求的輸入工作電壓。其次應(yīng)當(dāng)檢查電流要求。在最終備選器件名單確定后，再對(duì)一些特性進(jìn)行檢查，如工作頻率范圍、低電流模式省電量等，這樣設(shè)計(jì)人員就能確定最適合應(yīng)用的器件。

BD95601MUV與BD95602MUV是支持近年來的低電壓大電流電源規(guī)格的開關(guān)穩(wěn)壓器控制器IC，不僅效率高、具備多種保護(hù)功能，作為需要高精度、高穩(wěn)定性的FPGA與CPU的電源，還具備最佳的性能。

這些電源IC之所以被用于ROHM與安富利聯(lián)合開發(fā)的賽靈思7系列FPGA及Zynq?-7000 All Programmable SoC的評(píng)估套件Mini-Module Plus 用電源模塊，有幾個(gè)關(guān)鍵原因。

近年來的高端FPGA電源規(guī)格復(fù)雜，要求高初始精度、低紋波、高速負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)以及啟動(dòng)時(shí)序控制。右圖為上述電源模塊的輸出配置，生成各輸出的開關(guān)穩(wěn)壓器控制器IC與電壓/電流。

所要求的電壓精度因電源的種類而稍有差異，例如假設(shè)1V輸出為±3%精度，5V/3.3V等系統(tǒng)電壓通常為±5%精度，因此僅按比率考慮的話，±3%多少有點(diǎn)嚴(yán)格，實(shí)際的容許電壓當(dāng)然更小。

3.3V±3% 為 3.3V±99mV相應(yīng)的1.0V±3% 為 1.0V±30mV

這是包含紋波電壓的精度要求，對(duì)開關(guān)穩(wěn)壓器來說是非常嚴(yán)苛的條件。即使平均輸出電壓精確到1V，紋波電壓需要在±30mV以內(nèi)。實(shí)際上會(huì)產(chǎn)生因負(fù)載調(diào)整與負(fù)載瞬態(tài)帶來的輸出電壓變動(dòng)時(shí)，需要為確保基本精度，并盡力抑制紋波電壓。

BD95601MUV與BD95602MUV正是諸多特性均滿足這些FPGA的電源要求的產(chǎn)品。

?可高速瞬態(tài)響應(yīng)的H3Reg? 同步整流降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器控制器

?1ch： BD95601MUV、 2ch： BD95602MUV

?最大效率95%以上

?可選擇輕負(fù)載模式、連續(xù)PWM模式。靜音輕負(fù)載模式（BD95602）

?通過可調(diào)整的軟啟動(dòng)功能，降低啟動(dòng)時(shí)的突入電流

?電源正常（Power Good）輸出

?多種保護(hù)功能：自動(dòng)恢復(fù)型過電流保護(hù)（OCP）、短路保護(hù)、過熱保護(hù)（TSD）、防止低電壓誤動(dòng)作（UVLO）

基本上，這兩個(gè)產(chǎn)品都既要保持同步整流型降壓控制器的高效，也要保持輕負(fù)載模式下，輕負(fù)載時(shí)的高效。基準(zhǔn)電壓支持0.75V/0.7V的低電壓，±1% 的精度比上述±3%的精度要求要好，基本是低紋波。此外，通過ROHM獨(dú)有的H3Reg 控制模式，負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)可以非常高速。這些特征能使輸出電壓保持高精度和高穩(wěn)定。

審核編輯黃宇