電子技術解密：簡化FPGA電源設計方案

FPGA即現場可編程門陣列，它是一種多電源需求的芯片，在電子技術設計中常見電子芯片，那么在對其供電的時候肯定對電源設計的要求也是嚴格的，多電源設計是復雜的，我們要FPGA高效運行需要簡化電源設計，節約成本，下面即是詳盡的電源設計辦法。

FPGA是一種多電源需求的芯片,主要有3種電源需求：

1.Vccint核心工作電壓

一般電壓都很低，目前常用的FPGA都在1.2V左右。為FPGA的內部各種邏輯供電，電流從幾百毫安到幾安不等，詳盡取決于內部邏輯的工作時鐘速率以及所占用的邏輯資源。對于這個電源來說，負載時一個高度容性阻抗，對電源的瞬態應和要求很高，而且由于驅動電壓低工作電流大，對PCB的布線電阻非常敏感，需要特別留意走線寬度，盡可能減少布線電阻帶來的損耗。

2.VccoI/O驅動電源

FPGA常常要與多種不同電平接口的芯片通信，所以通常都會支持非常多的電平標準。Vcco就是為FPGA的I/O驅動邏輯供電。不同的電平標準需要不同的I/O電壓來對應，詳盡可以參見FPGA的相關芯片手冊，比如XilinxSpartan6系列，就應當查詢Xilinx官方文檔，編號ds162.pdf，在page7table7RecommendedOperatingConditionsforUserI/OsUsingSingle-EndedStandards有具體說明。另外FPGA為了同時能和多種不同的電平標準接口芯片通信，Vcco通常以BANK為界，互相之間相互獨立，也就是說在一顆FPGA芯片上同時存在幾種不同的I/O電壓。當然同一個BANK只能存在1種I/O電壓。

3.Vccaux輔助電源

FPGA并不是一個單純的數字邏輯芯片，內部也帶有一些模擬組件，比如Xilinx的DCM數字時鐘管理組件，這些模擬類的組件對電源的電源抑制比（PSRR）也就是電源噪聲，或者說電源紋波非常敏感，所以通常會用一個獨立的供電電源。這個電源的電流需求一般都不大，但對電源的噪聲容忍度很低。所以應當盡可能的提高其電源純凈度。比如不筆直用開關電源供電，先使用LDO穩壓后再供給Vccaux。另外Vccaux還給部分的I/O供電,比如功能選擇引腳,JTAG等,詳盡還得參考芯片手冊的電源相關說明。

既然有這么多電源需求，那么電源設計的時候就不得不考慮電源設計方面的一些問題了。

為FPGA供電時需要考慮若干電源設計方面的問題：

1.增加了輸出電壓軌數量

2.需要為電軌設置設定點精度

3.需要優化設計中的無源板面布局才能實現極低的紋波噪聲

4.需要AC瞬態應和，以及補償環路

另外，不要忘了還有排序以及更多所需功能。

圖1顯示了FPGA開發套件中典型的FPGA電源處理方案。設計該方案除了要選擇正確的器件和電感器外，還需要具備一些其它的專業知識。例如，需要考慮部件放置和板面布局方面的細節。

圖1.典型的FPGA電源處理方案

那么，要怎么樣才能簡化電源設計呢?

幸運的是，有多種處理方案都有助于實現簡化。重點解析兩種能夠幫助您快速便捷地實現設計目標的創新技術。

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