29 жовтня 2012 р

Примітка до програми 5447 Виберіть правильний блок живлення для вашої FPGA

Для:
Вірусний Вайдя, бізнес-менеджер

10 жовтня 2012 р

Короткий зміст: Є багато речей, які слід враховувати при проектуванні джерела живлення для польового програмованого масиву воріт (FPGA). Сюди входить (але не обмежується) кількість високовольтних рейок та різні вимоги як до послідовності/відстеження, так і до обмежень напруги пульсацій. У цій примітці до програми пояснюються ці та інші міркування щодо живлення, про які слід подумати інженеру при проектуванні джерела живлення для ПЛІС.

Подібна версія цієї статті з’явилася у випуску журналу Електронний специфікатор журнал.

Вступ

Програмовані на місцях (матриці затворів FPGA) та складні програмовані логічні пристрої (CPLD) вимагають від 3 до 15 або навіть більше напрямних рейок. Логічне полотно, як правило, знаходиться у вузлі останнього технологічного процесу, який визначає напругу живлення сердечника. Конфігурація, очищення ланцюга, різні приймачі/виведення, серіалізатори/десериалізатори (SerDes), тактові менеджери та інші функції мають різні вимоги до рейок напруги, послідовності/відстеження та обмежень напруги пульсацій. Інженер повинен врахувати всі ці питання під час проектування джерела живлення для ПЛІС.

Вимоги до живлення Почніть з рейок напруги

Оскільки програмовані логічні пристрої (PLD) і ПЛІС беруть на себе роль системи на мікросхемі (SoC) на вашій платі, живлення цих пристроїв порівняно з живленням цілої системи. Високоякісні ПЛІС, такі як серії Xilinx Virtex ® ® M та Altera Stratix ® ®, легко мають від 10 до 15 виділених смуг. ПЛІС нижчої щільності, такі як Xilinx ®, серії Kintex і Spartan ®, або серії Altera ® Arria та Cyclone ®, можуть мати від 2 до 10 смуг, залежно від застосування.

Оскільки ПЛІС сильно різняться, дуже важливо вибрати правильний джерело живлення для кожної програми. Ви повинні визначити набір регуляторів потужності для загального рівня потужності кожної смуги, вимог до послідовності смуг руху та потреб системи управління енергією. Більше того, оскільки вузли технологічних процесів стають меншими в ПЛІС, допуски необхідні в напрямках живлення напруги. Ось чому регулятори з точністю 1% по регулюванню лінії/навантаження (PVT) та коливання напруги і температури процесу є настільки критичними ( Фігура 1 ).

щодо

Рисунок 1. Спрощена блок-схема показує архітектуру живлення в промислових програмах FPGA.

Зрозумійте систему

На системному рівні міркування щодо проектування впливають на вибір енергетичної архітектури. Конструкція системи запалювання FPGA для простих застосувань використовує регулятори Single і MultiRail, які приймають вхід 5 В/12 В і джерело живлення для всіх рейок FPGA, а також мають вбудовану послідовність та мінімальні зовнішні компоненти. Простота використання є критично важливою у цих додатках, а висока інтеграція в контролер забезпечить таку простоту використання. Особливості, що спрощують ці потужні MOSFET-конструкції, включають внутрішні елементи, внутрішній зсув, цифрову програмованість і навіть внутрішні котушки індуктивності.

Інфраструктурні ПЛІС використовують обладнання, цифрові процесори сигналів (DSP), ASIC та периферійні пристрої, які працюють з численними точками навантаження регулятора (POL), які, в свою чергу, контролюються головним контролером. У цих програмах часто використовується мікроконтролер на основі протоколу PMBus ™ або I²C/SPI. Деякі програми вимагають контролювати як потужність FPGA на платі, так і різні інші пристрої в системі з динамічним управлінням живленням та моніторингом. Іноді пропонують увімкнути/вимкнути деякі мікросхеми на основі подій тригера. Це ситуації вдосконалених інтегрованих систем управління живленням, таких як MAX34440 і MAX34441, які керують безліччю регуляторів і вентиляторів POL. Ці пристрої дозволяють динамічно регулювати потужність з різними режимами роботи, такими як сплячий режим і режим очікування, а також забезпечують чудовий моніторинг та реєстрацію несправностей.

Програми, що працюють на стеках, можуть скористатися перевагами режимів енергозбереження FPGA Xilinx, які підтримують схеми FPGA в режимі глибокого сну, за винятком випадків, коли алгоритми скриплять. Регулятори, такі як MAX15053, можуть живити ці FPGA, а також можуть економити енергію та покращувати ефективність таких методів, як підсилити та пропустити режим зарядки та керувати світлом.

Зрозумійте напрямки Вашої потужності FPGA

Сучасні PLD мають центральну рейку живлення, яка живить більшість пристроїв і споживає найбільше енергії. З кожним вузлом нової технології з’являється нове живлення сердечника рейки напруги. Допоміжні напрямні джерела живлення для додаткової напруги, такі як логічні схеми конфігурації, диспетчери годинників та інші схеми очищення. Крім того, FPGA зазвичай використовуються для закриття одного стандарту інтерфейсу до іншого, і кожен ввід-вивід контролера має свою власну унікальну рейку напруги в діапазоні від 1,2 В до 3,3 В. Приклади інтерфейсів включають LVTTL/LVCMOS, LVDS, шину LVDS, міні-LVDS, HSTL, SSTL та TMDS.

Особливої ​​обережності вимагає живлення високошвидкісних трансиверів SerDes, кожен з яких може приймати 1А при різних підсилювачах струму і працювати зі швидкістю від 155 Мбіт/с до 28 Гбіт/с і далі. Наприклад, програма Ethernet 100G використовує багато таких трансиверів і витрачає струм 10А або більше. Через високі швидкості шумний подавальний шланг особливо шкодить вашим показникам.

Оцініть свої потреби в FPGA

Щоб визначити потреби в живленні вашого ПЛІС, потрібно виконати три кроки.

Ви завжди повинні розглядати вдосконалені функції PMIC

Вибір правильного джерела живлення для FPGA або PLD є простим, якщо оцінити загальний рівень потужності кожної рейки напруги в додатку. З цим розумінням ви можете розпочати процес перевірки та остаточного вибору джерела живлення. Сучасні регулятори потужності пропонують кілька вдосконалених функцій, крім основних вхідних/вихідних напруг і струмів. Послідовність/відстеження, починаючи з попередньо зарядженого навантаження, синхронізацію із зовнішнім годинником або віддалені датчики - все це може бути інтегровано в один пристрій - будь-яка з цих нових функцій може бути критично важливою або абсолютно непотрібні для програми. Зрештою, лише тоді, коли ви добре розберетеся у своїй заявці, ви зможете дійсно вибрати правильний блок живлення.

Див. Докладні аналогові рішення Maxim для FPGA від Xilinx та Altera для аналогічних рішень для FGPA.

Altera є товарним знаком та зареєстрованим знаком обслуговування корпорації Altera. Arria є зареєстрованою торговою маркою корпорації Altera. Циклон є зареєстрованою торговою маркою корпорації Altera. Kintex є зареєстрованою торговою маркою Xilinx, Inc. PMBus є торговою маркою SMIF, Inc. Spartan є зареєстрованою торговою маркою Xilinx, Inc. Stratix є зареєстрованою торговою маркою корпорації Altera. Virtex є зареєстрованою торговою маркою Xilinx, Inc. Xilinx є зареєстрованою торговою маркою та зареєстрованою торговою маркою Xilinx, Inc.

MAX15053
Високоефективний, 2А, синхронний режим струму, понижуючий регулятор перемикання
Безкоштовні зразки

MAX34440
6-канальний менеджер живлення PMBus
Безкоштовні зразки

MAX34441
5-канальний менеджер живлення PMBus та інтелектуальний контролер вентилятора
Безкоштовні зразки