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确保多重FPGA电轨依正确顺序关闭,可避免装置因电压而提早故障

2018年02月01日 05:30 次阅读

确保多重FPGA电轨依正确顺序关闭,跟确保开机程序是否正确一样重要,可避免装置因电压状态无法判断而提早故障。

电源定序避免损坏

在启动目前的大型系统单晶片FPGA的多重电轨时,有许多技巧可用来控制其启动顺序和时序。遵照装置制造商所指定的正确顺序甚为重要,如此可避免装置抽取过多电流而导致损坏。

有些方法是透过操纵各转换器的电源良好输出,来控制顺序中下一个供应的Enable脚位。如需要继电器,可插入电容器。另一种类似的方式则是使用重置IC,在前一个供电达到所要的电压后启动下一个转换器。每种方法都有一些缺点,且这些方法都无法控制电源关闭的顺序。依正确的相反顺序关闭电轨,跟开启电源顺序是否正确一样重要,都是为了确保装置能安全运作。

使用专用的电源定序IC,则更能稳定确保其顺序正确。IC可程式化,在所要的时间点分别传送Enable讯号。图1显示多通道定序器如何管理FPGA核心逻辑、周边和I/O电域。即使如此,电源关闭顺序仍旧难以控制,因为每个电轨上的去耦合电容器在转换器关闭后仍可能残留电荷,且残留时间不一定,而每个电轨最多可能连接多达20mF的总去耦合电容。

确保FPGA电轨关闭顺序正确主动式电源定序IC不可少

图1 透过定序IC管理FPGA电轨。

定序器维持电源关闭控制

使用具有已知时间常数的电路,主动将去耦合电容器放电,定序器便能维持正确的电源关闭顺序,其做法是在串联的电容器中暂时插入放电电阻器。图2显示如何在加入最少必要元件下,使用一对细心挑选的MOSFET将电阻器插入电路中。

确保FPGA电轨关闭顺序正确主动式电源定序IC不可少

图2 控制电源定序的主动放电电路。

电源定序器的EN输出连接到DC-DC稳压器的Enable脚位,也连接到P通道MOSFET(Q1)的闸极。定序器输出降低停用DC-DC稳压器时,Q1便会反转讯号,开启N通道MOSFET Q2。开启时,Q2会透过R2电阻使15mF去耦合电容器放电到接地。

图中的电路假设DC-DC稳压器在提供关机讯号后无法持续产生输出。假如DC-DC稳压器的输出能在收到关机指令后持续供应电源,则需要额外的继电器才能启动放电电路。

选择的R2值必须能确保适当的放电时间,让定序器能在可接受的时间间隔内完成关机。另外还要注意的是,电阻必须够大,才能避免电流尖峰值上升率过快,避免引发EMI问题,以及对Q2和去耦合电容器组造成瞬态热应力。实务上,选择R2值时需考虑一些额外的重要参数,像是Q2的导通电阻(RDS(ON))和电容器组的等效串联电阻(ESR)。

选择MOSFET Q1时应参考电源定序器的输出电压阈值。所选的装置应有够高的闸极阈值电压(VGS(th)),确保定序器输出为高电位时能保持关闭,但要注意的是,VGS(th)会随接面温度上升而下降。本范例中选择的定序器操作供应电压为5V,最小指定高电位输出电压为4.19V。Q1的VGS(th)在60℃环境操作温度下必须大于0.9V,以确保运作正常。此外,闸极应使用100kΩ电阻下拉至源极电位,以避免误开。查看MOSFET资料表中VGS(th)与温度的标准化曲线,显示Diodes公司的ZXMP6A13F符合要求:保证最小VGS(th)在室温下为1V,到60℃则下降至0.9V左右。

在此范例中,我们假设定序器必须在100ms内关闭总共10V的电轨。因此,每个电轨的去耦合电容器组必须在10ms内完成放电。目标是达成RC时间常数8ms的3倍,确保电容器在要求时间内放电到全电压的5%以下。计算RC常数时,电容器组的MOSFET RDS(ON)、寄生线路电阻和ESR都必须与电阻器R2一同纳入考量。

假设电容器ESR和线路电阻加起来不超过10mΩ,去耦合电容器组的总电容值为15mF,则RDS(ON)和R2的适当值可用下列运算式求得:

3x(10mΩ+R2+(1.5&TImes;RDS(ON)))&TImes;15mF=8ms

假设R2=50mΩ,功率MOSFET Q2的RDS(ON)在VGS=4.5V且环境温度为25℃下必须小于80mΩ。

选择MOSFET时,温度相关变动的效应和RDS(ON)的批量变异也应考量在内。RDS(ON)在4.5V闸极驱动下、超出预期作业温度范围时的变异可能高达15mΩ。因此最好的做法是,确定R2为所选MOSFET之制造商指定最大RDS(ON)的两倍左右。如果R2为50mΩ,则可选用Diodes公司的DMN3027LFG N通道MOSFET。此装置在VGS=4.5V、室温下的RDS(ON)典型值和最大值分别为22mΩ和26.5mΩ。因此,RDS(ON)变化可从15mΩ到40mΩ,放电时间从95%(3倍RC)的3.9ms起跳,使用最差20mF大小的电容器组时放电时间则可能拉长到5.4ms。

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发表于 2018-03-15 13:55 287次阅读
开关电源设计公式100条

监控摄像头安装及监控摄像机电源的配置

功率是指物体在单位时间内所做的功的快慢,即功率是描述做功快慢的物理量。功的数量一定,时间越短,功率值...

发表于 2018-03-15 13:50 491次阅读
监控摄像头安装及监控摄像机电源的配置

国产IC自给率提升空间巨大 30多条产线惊呆世界

本文来自光大证券的大陆晶圆代工行业报告,从当前的半导体产业转移节点出发分析大陆晶圆代工厂商的市场机遇...

发表于 2018-03-15 09:33 130次阅读
国产IC自给率提升空间巨大 30多条产线惊呆世界

在FPGA上跑二值图像膨胀算法程序代码

基于FPGA的二值图像的膨胀算法的实现 Xilinx 突破性技术与产品亮相 OFC 2018,大展光...

发表于 2018-03-14 18:29 362次阅读
在FPGA上跑二值图像膨胀算法程序代码

深度学习框架只为GPU? 答案在这里

目前大多数的机器学习是在处理器上完成的,大多数机器学习软件会针对GPU进行更多的优化,甚至有人认为学...

发表于 2018-03-14 18:29 2397次阅读
深度学习框架只为GPU? 答案在这里

InnoSwitch3-Pro对传统电源生产方式...

顾名思义,InnoSwitch3-Pro是去年刚刚推出的InnoSwitch3电源IC的升级版,所以...

发表于 2018-03-14 18:03 398次阅读
InnoSwitch3-Pro对传统电源生产方式...

CAN总线结构与CAN总线标准帧

CAN总线规范采用了ISO-OSI(Open System Interconnection Refe...

发表于 2018-03-13 14:09 650次阅读
CAN总线结构与CAN总线标准帧

传统FPGA调试方案与EXOSTIV Probe...

相信每一个电子工程师在项目开发的过程中都不可避免的要进行方案的调试,除了模拟调试我们还必须进行真机调...

发表于 2018-03-13 13:54 555次阅读
传统FPGA调试方案与EXOSTIV Probe...

PWM蜂鸣器驱动之引脚分配

在Pin Planner界面最下面出现的“Node Name”一列中,有我们的3个信号接口,这里“L...

发表于 2018-03-13 10:09 489次阅读
PWM蜂鸣器驱动之引脚分配

人眼仿生学原理设计一种嵌入式的微型3D图像传感器

3D图像传感器系统结构包含两只CMOS型图像传感器及缓存图像数据的SDRAM,为了对两只图像传感器...

发表于 2018-03-13 09:55 570次阅读
人眼仿生学原理设计一种嵌入式的微型3D图像传感器

AS配置方式由FPGA器件引导配置操作过程

JTAG模式在线下载FPGA的原理如图7.15所示,PC端的Quartus II软件通过下载线缆将b...

发表于 2018-03-13 09:46 491次阅读
AS配置方式由FPGA器件引导配置操作过程

为什么晶振不集成到IC内部?

晶振一旦封装进芯片内部,频率也固定死了,想再更换频率的话,基本也是不可能的了。而放在外面,就可以自由...

发表于 2018-03-12 16:27 314次阅读
为什么晶振不集成到IC内部?

献给那些刚刚踏上硬件之路的同学们:硬件开发经验

在进行FPGA学习的时候,我遇到过问题停滞不前,试验没有进展,心情沮丧的时候。那时对底层硬件一无所知...

发表于 2018-03-12 14:18 846次阅读
献给那些刚刚踏上硬件之路的同学们:硬件开发经验

示波器是测量电源纹波和电源噪声的必备工具

示波器是测量电源纹波和电源噪声的必备工具,但在实际的测量中,如何选择合适的带宽、采样率,如何选择探头...

发表于 2018-03-12 11:48 526次阅读
示波器是测量电源纹波和电源噪声的必备工具

FPGA设计的经验技巧,FPGA开发设计经验总结

FPGA(Field-Programmable Gate Array),即现场可编程门阵列,它是在P...

发表于 2018-03-12 10:35 562次阅读
FPGA设计的经验技巧,FPGA开发设计经验总结

FPGA控制的无人机电源管理系统

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...

发表于 2018-03-12 09:48 2943次阅读
FPGA控制的无人机电源管理系统

2018年IC产业可再现双位数成长!

全球经济在经历8年的良性成长之后,终于在2017年迎来期待已久的复苏;更重要的是,随着国际货币基金组...

发表于 2018-03-12 09:11 4842次阅读
2018年IC产业可再现双位数成长!

华虹无锡基地项目建设启动

华虹集团作为国家“909”工程的成果与载体,同时也是“910”工程的重要承担者,是我国发展自主可控集...

发表于 2018-03-11 11:49 271次阅读
华虹无锡基地项目建设启动

空前绝后的“IO口扫键”法 电子设计必备良方

用3个IO口作行扫描,2个IO作列检测(为方便描述,我们约定:设置某一IO口输出为“0”――称其为“...

发表于 2018-03-10 09:38 588次阅读
空前绝后的“IO口扫键”法 电子设计必备良方

dcdc隔离电源电路图大全(全桥变换/推挽式/开...

本文主要介绍了dcdc隔离电源电路图大全(全桥变换/推挽式/开关稳压电源电路图详解)。UC3842是...

发表于 2018-03-09 16:54 888次阅读
dcdc隔离电源电路图大全(全桥变换/推挽式/开...

0到60v可调电源电路(稳压电源/LM723稳压...

本文主要介绍了0到60v可调电源电路(稳压电源/LM723稳压器可调电源电路详解)。本电源以LM31...

发表于 2018-03-09 16:20 1050次阅读
0到60v可调电源电路(稳压电源/LM723稳压...