您的FPGA设计从正确的电源开始

由于 FPGA 具有 可 编 程 和 可 重 配置， 因此 可以 为 加快 设计 过程 铺平 道路， 因为 您 可以 随着 设计 要求 的 变化 轻松 进行调整。然而，开发支持FPGA的电源可能非常具有挑战性。

FPGA 可以有八个或更多不同的电源轨，需要由 DC-DC 转换器供电。Maxim移动解决方案业务部技术人员Rule表示，需要满足上电和断电时序限制，需要优化热量分布效率，需要确保电源设计紧凑且功率密度保持高。电源轨具有一系列电压要求，通常低到足以由降压稳压器或LDO供电。然而，低压磁轨确实需要高电流，并且会产生快速瞬态事件。

让我们来看看与FPGA相关的关键电源轨及其主要要求：

内核电源轨：支持关键内部逻辑功能，如可配置逻辑块、块 RAM 和 DSP 模块。在所有电源轨中，核心电源轨具有最高的电流要求，通常具有非常严格的精度要求。由于此轨通常位于序列中的第一个，因此必须正确排序。

I/O 轨：为 I/O 输出驱动器供电。其电流要求基于设计中的I/O数量，与其他电源轨相比，其精度要求通常不那么严格（5%）。它在音序器中的优先级也较低。

辅助导轨：为辅助功能供电。其电流要求通常非常低，电压通常为1.8V。该导轨的精度要求通常不如其他导轨严格。

收发器轨：为不同的收发器模块供电。电流要求约为1A至约2A，电压范围约为1V至1.8V。这种电源轨通常需要高精度和低噪声。

用于FPGA电源轨规则的多相降压稳压器强调了几个FPGA电源设计方向的优缺点：分立IC与模块。
分立器件具有以下优点：散热更好，可根据应用灵活定制，并以更低的成本和更少的电路板空间获得更好的性能。另一方面，分立IC确实需要更多的设计工作和更大的物料清单（BOM）。模块由集成到单个封装中的多个分立式电源IC组成，具有更容易实现（从而缩短设计时间）和更小BOM等优点。它们也更容易更换。但是，使用模块有许多缺点：出现问题时难以调试，性能，成本可能更差，并且可能出现热性能问题，Rule解释说。

多相降压稳压器提供了满足FPGA功率要求的另一种选择。如Rule所解释的那样，多相降压稳压器在多组开关之间分离单个输出的开关。这些相位通常是交错的，并且与相数成比例。例如：两相异相 180 度，三相异相 120 度，四相异相 90 度。每相都有自己的电感器、电容和开关。通过多相调节，您可以获得：

通过纹波电流消除降低输出纹波

元件尺寸更小，每相电流更小

更好的瞬态响应，存储在L中的能量更少

借助相位可配置性，您还可以获得设计灵活性。在整个设计过程中，随着设计要求的变化，可以更改阶段配置。为了说明他的情况，Rule介绍了一个理想为FPGA供电轨的示例：MAX77812四路输出/四相可配置降压转换器。该器件支持五种配置：四路输出（每路 5A）、三路输出（10 路 5A，两路 2A）、两路输出（10A 时各 15 路）、两路输出（5 路 20A 时，2 路 5A）和 5 路输出 （5A）。其输入电压范围为 0.25V 至 1.525V，输出电压范围为 <>.<>V 至 <>.<>V。

鉴于低压内核电源轨需要高电流并产生快速瞬态事件，MAX77812非常适合为这些电源轨供电。对于I/O电源轨，电流要求通常足够低，足以让降压转换器的一个相位能够处理。至于辅助电源轨，MAX77812可以通过额外的电阻分压器支持其电压要求。有关详细信息，请阅读应用笔记“使用MAX1产生高于525.77812V的输出电压”。辅助轨也可以由配套电源管理IC供电。MAX77812还适用于收发器电源轨;在这些情况下，良好的布局对于最小化开关噪声非常重要。

Rule在会话中强调的MAX77812特性之一是动态电压调节（DVS），可用于控制输送到负载的功率。他解释说，DVS上“过压”是为了性能，而DVS上“欠压”是为了节省功率。该器件的两个用户可编程通用输入 （GPI） 之一可用于将 DVS 施加到输出电压。上/下斜坡速率可通过两个位域单独编程。

创建无人值守布局
还介绍了使用降压转换器创建原理图的关键步骤：了解FPGA的要求、建立电源、执行相位配置、通过I2C或SPI与器件通信以及排序。为了从MAX77812获得最佳性能，Rule提供了以下布局技巧：

保持布局紧凑，因为越小越好，效率、噪音，当然还有空间

保持输入和输出电容靠近凸起

使顶层成为热回路，下一层为接地层，以获得更好的热性能、最小的电感和更短的开关电流路径

将AGND/DGND和PGND分别连接到地面溢流，以最大限度地降低模拟电路上的噪声

尽可能对称地路由多相输出

将检测线直接布线到最近的输出电容

避免断开接地或热回路

审核编辑：郭婷