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FPGA和SoC在设计中面临小尺寸和低成本挑战,如何解决

2020年07月16日 17:32 次阅读

工业电子产品的发展趋势是更小的电路板尺寸、更时尚的外形和更具成本效益。由于这些趋势,电子系统设计人员必须降低印刷电路板PCB)的尺寸和成本。使用现场可编程门阵列(FPGA)和片上系统(SoC)的工业系统需要多个电源轨,同时面临小尺寸和低成本的挑战。集成柔性功率器件可以为这种应用显著降低成本,减小解决方案尺寸。

集成柔性功率器件在同一封装内包含多个 DC/DC 转换器。这些 DC/DC 转换器可以是单个封装中的降压转换器、升压转换器和 / 或 LDO 的任何组合。图 1 是一个示例功能框图,其中 LM26480 包括两个 2MHz 高效 1.5A 降压转换器和连个 300mA LDO。

FPGA和SoC在设计中面临小尺寸和低成本挑战,如何解决

图 1:LM26480 功能框图

让我们通过一个例子来说明使用集成的柔性功率器件的好处。设想设计为由 SoC 或 FPGA 控制的无人机设计电源管理系统。图 2 显示了该系统中的四个组件,它们完全匹配电源管理 IC(PMIC)。

图 2:分立与集成功率管理对比

所示的两种电源解决方案都能产生四个独立的电源轨,为系统的全球定位系统(GPS)、输入 / 输出、核心电压和双倍数据速率类型 3(DDR3)供电。在这两个选项中,前端开关模式电源有效地将无人机电池的电压降至 5V 电源电压,如图 2 的输入所示。分立组件可以进一步降低此 5V 电源(如选项 1 所示)或集成器件(如选项 2 所示)。

想象一下,使用四个独立的器件为这个系统供电:两个 LP3982 300mA 单通道 LDO 和两个 TLV62084 2A 降压转换器。您可以使用这些分立的 DC/DC 转换器为系统供电,但仍需要四个独立的有源组件。考虑到有源组件具有最高可靠性问题,这可能不是最佳解决方案。

替代解决方案可以使用集成柔性功率器件,仅利用单个 IC 就能提供系统期望的电压和电流能力。如图 2 所示,这提供了许多益处。

首先,与分立解决方案相比,集成解决方案的成本效益高 20%。其次,与四个分立器件的组合电路板空间相比,PMIC 解决方案需要的电路板空间低 10%。第三,集成器件需要的外部组件少于分立解决方案,这进一步减小了整体尺寸和成本。减少物料清单(BOM)器件数量可以提高可靠性。

因此,在设计需要多个电源轨的系统时,尤其是在需要 FPGA 或 SoC 电源的应用中,请考虑集成柔性功率器件。

责任编辑:gt

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