如何為FPGA供電？

1.什么是FPGA

FPGA（Field Programmable Gate Array，現(xiàn)場可編程門陣列），是指一種通過軟件手段更改、配置器件內(nèi)部連接結(jié)構和邏輯單元，完成既定設計功能的數(shù)字集成電路。顧名思義，其內(nèi)部的硬件資源都是一些呈陣列排列的、功能可配置的基本邏輯單元，以及連接方式可配置的硬件連線。簡單來說就是一個可以通過編程來改變內(nèi)部結(jié)構的芯片。

它是在 PLA、PAL、GAL、CPLD 等可編程器件的基礎上進一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路（ASIC）領域中的一種半定制電路，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點。

FPGA 普遍用于實現(xiàn)數(shù)字電路模塊，用戶可對 FPGA 內(nèi)部的邏輯模塊和 I/O 模塊重新配置，以實現(xiàn)用戶的需求。它還具有靜態(tài)可重復編程和動態(tài)在系統(tǒng)重構的特性，使得硬件的功能可以像軟件一樣通過編程來修改?？梢院敛豢鋸埖闹v，F(xiàn)PGA 能完成任何數(shù)字器件的功能，下至簡單的 74 電路，上至高性能 CPU，都可以用 FPGA 來實現(xiàn)。FPGA 如同一張白紙或是一堆積木，工程師可以通過傳統(tǒng)的原理圖輸入法，或是硬件描述語言自由的設計一個數(shù)字系統(tǒng)。

2.給FPGA供電

如果我們設計過任何類型的電子系統(tǒng)，我們可能已經(jīng)使用過現(xiàn)場可編程門陣列 (FPGA)。FPGA 允許我們配置邏輯塊，以無數(shù)種排列方式“連接在一起”以執(zhí)行從復雜的組合功能到更簡單的邏輯序列的各種任務，從而為系統(tǒng)設計引入了高度的定制化和靈活性。今天的 FPGA 越來越成為集成了模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 和數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC) 的“混合信號”芯片。它們還具有額外的信號調(diào)理和處理模塊，可將它們轉(zhuǎn)變?yōu)橥暾钠舷到y(tǒng) (SoC)，用于 4G/5G 無線基站、100 Gb 以太網(wǎng)交換機、高級駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 等終端設備應用，云企業(yè)存儲，測試和測量，

隨著負載調(diào)節(jié)變得越來越嚴格（最新的 FPGA 內(nèi)核軌為 +/-3%，包括 DC 和 AC 調(diào)節(jié)和紋波），為 FPGA 供電可能具有挑戰(zhàn)性。電源排序也可能很復雜，存在 10 個或更多電壓軌。

我們必須在設計 FPGA 收發(fā)器電源解決方案時考慮到低輸出噪聲，將輸出電壓紋波限制在低于 10mV 峰峰值。

最重要的是，電源的熱性能必須出色，才能在各種工作條件下實現(xiàn)可靠的電源設計。

使用UCD90120A 是一款 12 軌 PMBus/I2C 可尋址電源排序器和監(jiān)視器。該器件集成了一個12位ADC， 此ADC可監(jiān)視多達 12個電源電壓輸入。 26個GPIO引腳可被用于電源啟用，加電復位信號，外部中斷，級聯(lián)，或者其它系統(tǒng)功能。這些引腳中的12個引腳提供PWM功能。憑借這些引腳，UCD90120A 支持裕度調(diào)節(jié)以及通用 PWM 功能。

運用引腳選擇電壓軌狀態(tài)功能可實現(xiàn)特定的電源狀態(tài)。該功能允許使用多達3個GPI來啟用和停用任意電壓軌。對于執(zhí)行系統(tǒng)低功耗模式及用于硬件設備的高級配置和電源接口 (ACPI) 規(guī)范而言，這一點是很有用處的。

這個TI的 融合數(shù)字電源?設計人員軟件用于器件配置。這款基于PC的圖形用戶界面 (GUI) 提供了一種用于配置，存儲和監(jiān)視所有系統(tǒng)操作參數(shù)的直觀界面。

圖 1 是帶有相應 TI Designs 參考設計的Xilinx Virtex UltraScale FPGA 電源樹，顯示了 TI UCD90120A PMBus 定序器通過 PMBus 和 TI 的 Fusion Digital Power ?圖形用戶界面 (GUI)正確地對軌道進行上下排序的軌道。

圖 1：Xilinx Ultrascale Virtex FPGA TI 設計框圖。

憑借 TI 廣泛的電源產(chǎn)品，我們的電源設計服務團隊不斷為市場上可用的頂級 FPGA 開發(fā)優(yōu)化的電源解決方案。

借助 1,400 多個TI Designs 電源參考設計，我們可以輕松篩選和選擇用于 FPGA 電源的設計。只需單擊 Power Parameter 搜索窗口中的為 FPGA 設計過濾器，即可查看當前在我們的 TI 設計參考設計庫中的 33 種 FPGA 電源設計。我們可以進一步對結(jié)果表的每一列進行排序，并將整個列表導出到 Microsoft Excel；見圖 2。

圖 2：“搜索 FPGA 設計”TI 設計過濾器。

TI 電源參考設計是使用所有可用的設計資料構建和測試的，例如原理圖、材料清單、布局文件、測試報告和熱性能數(shù)據(jù)，如圖 3 所示。

圖 3：FPGA TI 電源設計熱圖像。

我們不斷更新我們的參考設計數(shù)據(jù)庫，最近推出了30A PMBus 參考設計，適用于 Xilinx Zynq Ultrascale+ ZU9EG MPSoC FPGA Core Rail，用于基站應用。

因此，如果我們的系統(tǒng)設計計劃包括 FPGA，請訪問TI 設計參考設計庫并快速找到我們的 FPGA 電源解決方案。