FPGA的电源管理
文章：M. di Paolo Emilio
在今天的超级竞争市场中，FPGA和ASIC器件的相关性很大，因为若干新系统的功能取决于这些组件。
在当今的超级竞争市场中，电子子系统受到增加的时间压力，FPGA和ASIC器件的相关性很大，因为若干新系统的功能取决于这些组件。基于FPGA的系统最关键的因素之一是电源管理。要正确为FPGA提供电源，需要仔细分析整个系统;当使用ASIC芯片时，大部分时间都可以使用相同的技术。由于在上电（开启），瞬态行为，在关机阶段（关闭）和其他相关情况期间发生的不同条件，电源的性能非常重要。过滤器件的电源电压还需要注意，特别是关于特定应用。
FPGA设备通常代表系统的中心核心，因此，它必须与许多其他组件接口，可能使用不同的串行或并行I / O标准和不同的电压值。
在具有高度复杂度的电子设备中，电源级仅提供一个或最多两个电压，而通常需要更多级别。不仅：有一系列具有非常低的电源电压的电子设备（存储器）。使用主电源级来提供这些电压也意味着使用轨道，通常长，随后的电压下降和显着的噪声增加。
特征
输入功率（v在）对于FPGA通常来自底板或中间电压线。输入电压的值可以被认为是在可能的解决方案中选择的第一因素，因为每个调节器需要电源电压的特定最小值以正确运行。
调节器的主要功能包括将输出电压常数保持为输入电压和由负载吸收的电流。输入电压，输出电压和电流的组合将迫使我们选择要使用的调节器类型。通过将参考电压与出现在反馈引脚处出现的输出电压的一部分进行比较，调节器通过将参考电压与出现的分数进行比较来调节输出电压。
参考电压通常对应于输出电压的最小可实现的值。一些控制器的特征在于最小的传导时间，并且如果输入电压和输出电压之间的比率呈现高值，则该特征限制了调节器正确操作的能力。最低限度（t上MIN）控制器还在特定工作频率下实现可实现的最小输出电压。如果出于任何原因，超过最小导通时间，输出电压也会超出所需值。
使用更高的开关频率允许设计人员使用小型电感器和小输出电容，从而降低纹波电压，同时促进高带宽系统的设计。工作频率的值对某些关键参数具有直接影响，包括电感器和电容器的尺寸，效率，纹波电压，最后，PCB上占用的区域的大小。
效率是输出功率与给定系统的输入功率之间的比率，并且是浪费功率的索引。在任何情况下，我们都必须考虑电源耗散，这成为要控制的参数。系统中消散的功率直接影响所有组件的温度增加，例如集成电路，电力装置，电容器和电感器。在某些情况下，我们必须将注意力集中在特定领域，以正确评估温差。
需要减少设计的占地面积或设计的高度可能对成本和特定产品的效率产生严重影响。多层印刷电路的使用肯定有助于减少尺寸，但它增加了系统的总成本。一些设计人员可以认为增加开关频率，从而减小了组件的大小。然而，频率的增加导致切换损耗的增加和随之而来的效率恶化。因此，董事会大小的不必要的减小导致成本不合理，并迫使我们尽量减少耗散的功率，以保证系统的正确热管理。
为FPGA核心供电的电压受到极高的流动速率的宽电流变化。这要求控制器能够提供大的阶梯电流，同时最小化其输出电压的变化。控制器响应这些突然负载变化的能力由瞬态响应表示，这取决于控制回路的带宽和输出电容的ESR值。
Renesas具有与标准PMBus总线兼容的DC / DC控制器，提供单点负载（POL）转换输出，适用于供电FPGA，DSP，ASIC，网络处理器和通用电源系统。这ISL68300.将MOSFET驱动器和ISL68301设备集成的设备，具有PWM输出，简化了数据中心的电源设计，以及用于无线通信系统以及工业自动化系统的电源设计。以同样的方式，阿迪的ADM1266为网络路由器和交换机，服务器和数据存储系统中的FPGA，ASIC，处理器板进行简单灵活管理复杂电源系统。ADM1266集成了模数转换器（ADC）和九个数模转换器，电压输出（DAC）调节反馈节点或DC / DC转换器的参考以实现自主闭环裕度系统（图1和2）。
结论
电源系统的最佳配置根据系统要求及其复杂性而变化，以及可能使用FPGA或ASIC。使用FPGA的应用可能需要在大量数据上执行许多计算，因此工作负载并不总是确定的，并且可以突然改变提供给设备的电源。突然切换导致瞬态现象，这就是为什么电源应该具有扩展的反馈带宽，以确保快速恢复。理想的电源应该能够使用尽可能少量的散装和输出电容来执行这些任务。