Jesyon pouvwa pou FPGAs

Te gen anpil diskisyon teknik sou konsepsyon yon solisyon jesyon bon pouvwa pou yon aplikasyon FPGA, kòm li se pa yon travay trivial. Yon aspè nan travay sa a enplike nan jwenn solisyon an dwa ak chwazi pwodwi jesyon pouvwa ki pi apwopriye, pandan y ap yon lòt se ki jan yo optimize solisyon aktyèl la pou itilize ak FPGAs. Jwenn bon solisyon ekipman pou pouvwa Jwenn pi bon solisyon posib pou pouvwa FPGA yo se pa senp. Anpil machann mache sèten pwodwi kòm apwopriye pou pouvwa FPGAs. Ki sa ki fè seleksyon an nan konvètisè dc-a-dc espesifik pou alimante FPGA yo? Pa anpil. Anjeneral, tout konvètisè pouvwa yo ka itilize pou pouvwa FPGA yo. Rekòmandasyon pou sèten pwodwi yo anjeneral baze sou lefèt ke anpil aplikasyon FPGA mande pou plizyè tren vòltaj, tankou pou nwayo a FPGA, I / O yo, epi pètèt yon tren adisyonèl pou revokasyon memwa DDR. Souvan PMICs (sikwi entegre jesyon pouvwa), kote plizyè konvètisè dc-a-dc yo tout entegre nan yon sèl chip regilatè, yo pi pito. Youn nan fason popilè pou jwenn yon solisyon bon pou alimante yon FPGA espesifik se sèvi ak konsepsyon referans jesyon pouvwa ki deja egziste, ke anpil machann FPGA ofri. Sa a se yon bon pwen depa pou yon konsepsyon optimize. Sepandan, modifikasyon nan desen sa yo souvan nesesè, paske yon sistèm ki gen yon FPGA anjeneral mande pou tren vòltaj adisyonèl ak chaj ki bezwen tou mache. Ajoute tou nan konsepsyon referans yo souvan nesesè. Yon lòt bagay ou dwe konsidere se ke pouvwa a opinyon nan FPGA yo pa fiks. Vòltaj opinyon an depann anpil de nivo lojik aktyèl yo ak konsepsyon FPGA la ap aplike. Apre w fin ranpli modifikasyon nan konsepsyon referans jesyon pouvwa a, li pral gade diferan de sijesyon orijinal konsepsyon referans la. Yon moun ka diskite ke pi bon solisyon an se pa menm deranje ak yon konsepsyon referans jesyon pouvwa, men antre nan ray yo vòltaj obligatwa ak kouran tou dwat nan yon seleksyon jesyon pouvwa ak zouti optimize tankou LTpowerCAD soti nan Aparèy Analog. Figi 1. Zouti LTpowerCAD pou chwazi bon konvètisè dc-a-dc pou pouvwa FPGA yo. LTpowerCAD ka itilize pou vini ak yon solisyon pouvwa pou tren vòltaj endividyèl. Li ofri tou yon koleksyon desen referans, bay konsèpteur yo yon bon pwen depa. LTpowerCAD ka telechaje gratis sou sit entènèt Analog Devices. Yon fwa yo te chwazi yon achitekti pouvwa ak konvètisè vòltaj endividyèl, nou bezwen chwazi konpozan pasif apwopriye ak konsepsyon ekipman pou pouvwa a. Lè w ap fè sa nou bezwen kenbe kondisyon chaj espesyal FPGA yo nan tèt ou. Sa yo se: Kondisyon aktyèl endividyèl Sekans tren vòltaj Ogmantasyon monotone nan tren vòltaj Transient pouvwa rapid Presizyon vòltaj Endividyèl Kondisyon aktyèl Konsomasyon aktyèl aktyèl nenpòt FPGA depann anpil sou ka itilize a. Diferan revèy ak diferan kontni FPGA mande pou diferan kantite pouvwa. Poutèt sa, spesifikasyon final ekipman pou pouvwa a pou yon konsepsyon tipik FPGA oblije chanje pandan pwosesis konsepsyon sistèm FPGA la. Manifaktirè FPGA bay zouti estimasyon pouvwa ki ede kalkile ki kalite nivo pouvwa solisyon an ap bezwen. Enfòmasyon sa a se byen itil yo gen anvan kenkayri aktyèl yo bati. Toujou, konsepsyon FPGA a bezwen final, oswa omwen pre final, pou jwenn rezilta siyifikatif ak estimatè pouvwa sa yo. Souvan, enjenyè konsepsyon ekipman pou pouvwa a ak maksimòm aktyèl FPGA nan tèt ou. Lè sa a, si li vire soti ke konsepsyon aktyèl la FPGA mande pou mwens pouvwa, yo diminye ekipman pou pouvwa a. Sekans Voltage Rail Anpil FPGA mande pou diferan tren vòltaj ekipman pou vini nan yon sekans espesifik. Souvan fwa vòltaj debaz la bezwen yo dwe apwovizyone anvan vòltaj I / O yo vini. Sinon kèk FPGA yo pral domaje. Pou evite sa a, ekipman pou pouvwa a bezwen sekans nan lòd ki kòrèk la. Senp moute-sekans ka fasil pou fè lè l sèvi avèk pèmèt broch sou estanda konvètisè dc-a-dc. Sepandan, kontwole desann-sekans anjeneral tou obligatwa. Li difisil pou reyalize yon bon rezilta lè sèlman pèmèt sekans PIN yo fèt. Yon solisyon pi bon se sèvi ak yon PMIC ak karakteristik avanse sekans entegre, tankou ADP5014 la. Blòk sikwi espesyal ki pèmèt reglabl moute ak ranvèse lòd desann-sekans endike an wouj nan Figi 2. Figi 2. ADP5014 PMIC ak sipò entegre pou fleksib monte-desann-sekans. Figi 3 montre sekans ki fèt ak aparèy sa a. Reta tan an pou monte ak desann-sekans ka fasilman ajiste ak broch reta (DL) sou ADP5014 la. Si yo itilize ekipman pou pouvwa endividyèl, yon chip sekans adisyonèl ka pran swen sekans sou / koupe ki nesesè yo. Yon egzanp se LTC2924 a, ki ka kontwole swa pèmèt broch konvètisè dc-a-dc pou limen ak sou ekipman pou pouvwa yo oswa li ka kondwi MOSFET segondè-bò N chanèl yo tache ak detache yon FPGA nan yon sèten tren vòltaj. Figi 3. Kòmanse ak fèmen sekans plizyè vòltaj ekipman pou FPGA. Ogmantasyon monotone nan tren vòltaj Anplis sekans vòltaj la, yon ogmantasyon monotonik nan vòltaj yo pandan demaraj ka nesesè tou. Sa vle di ke yon vòltaj ap monte sèlman lineyè, jan Voltage A montre nan Figi 4. Voltage B nan trase sa a montre yon egzanp yon vòltaj ki pa monte monotone. Sa a ka rive lè chaj la kòmanse rale gwo kouran nan yon sèten nivo vòltaj pandan demaraj. Youn nan fason yo anpeche sa a se pèmèt pou yon kòmansman pi long nan ekipman pou pouvwa a ak chwazi konvètisè pouvwa ki ka byen vit bay gwo kantite kouran. Figi 4. Voltage A ap monte monotone, ak Voltage B pa monte monotone. Fast Power Transients Yon lòt karakteristik FPGA se ke FPGA yo trè byen vit kòmanse trase gwo kouran. Yo lakòz transitwa chaj segondè sou ekipman pou pouvwa a. Pou rezon sa a, anpil FPGA mande anpil dekoupaj vòltaj opinyon. Kondansateur seramik yo itilize trè sere ant VCORE ak broch GND aparèy la. Valè jiska 1 mF yo byen komen. Sa yo gwo kapasite ede diminye demann lan sou ekipman pou pouvwa delivre kouran pik trè wo. Sepandan, anpil regilatè switching ak LDO yo gen yon kapasite maksimòm pwodiksyon espesifye. Egzijans kapasite D ' nan FPGA a ka depase maksimòm kapasite pwodiksyon pèmèt nan ekipman pou pouvwa a. Pwovizyon pou pouvwa pa renmen kondansateur pwodiksyon gwo depi, pandan demaraj, bank kondansateur sa a sanble yon kous kout sou pwodiksyon an nan regilatè a oblije chanje. Gen yon solisyon pou pwoblèm sa a. Yon tan long kòmanse mou ka pèmèt pou vòltaj la sou bank la gwo kondansateur yo vini fiable san ekipman pou pouvwa a ale nan mòd kout-sikwi limit aktyèl. Figi 5. Antre kondansateur kondisyon nan anpil FPGAs. Yon lòt rezon ki fè kèk konvètisè pouvwa pa renmen kapasite pwodiksyon twòp se ke valè kapasite sa a vin yon pati nan bouk règleman an. Konvètisè ak konpansasyon bouk entegre pa pèmèt pou kapasite pwodiksyon twòp pou anpeche enstabilite bouk regilatè a. Souvan gen fason pou enfliyanse bouk kontwòl la lè w itilize kapasite feedforward atravè rezistans fidbak segondè-bò a, jan yo montre nan Figi 6. Figi 6. Feed forward condensator pou pèmèt ajisteman bouk kontwòl lè pa gen okenn PIN konpansasyon bouk ki disponib. Pou konpòtman chaj transitwa ak kòmanse nan yon ekipman pou pouvwa, chèn zouti devlopman ki gen ladan LTpowerCAD ak espesyalman LTspice trè itil. Youn nan efè ki prete tèt li byen nan modèl ak simulation se dekoupaj la nan kondansateur yo opinyon gwo nan FPGA a soti nan kondansateur yo pwodiksyon nan ekipman pou pouvwa a. Figi 6 montre konsèp sa a. Pandan ke POL (pwen-chaj) ekipman pou pouvwa a gen tandans sitiye tou pre chay la, souvan gen kèk tras PCB ant ekipman pou pouvwa a ak kondansateur a opinyon FPGA. Lè gen plizyè kondansateur antre FPGA akote youn ak lòt sou tablo a, sa yo ki pi lwen ekipman pou pouvwa a pral gen yon efè pi piti nan fonksyon transfè ekipman pou pouvwa yo, depi gen kèk rezistans, men tou parazit tras inductance ant yo. . Inductances tablo parazit sa yo ka pèmèt pou kapasite D' yon FPGA pou pi gwo pase limit maksimòm pèsistans yap ogmante jiska kapasite ekipman pou pouvwa a, menm si tout condensateurs yo konekte ak menm ne sou tablo an. Nan LTspice, enduktans tras parazit yo ka ajoute nan schematic la ak efè sa yo ka modle. Rezilta simulation yo pre reyalite lè konpozan parazit adekwat yo enkli nan modèl sikwi a. Figi 7. Dekouplage parazit ant kondansateur pwodiksyon ekipman pou pouvwa ak kondansateur opinyon FPGA. Presizyon vòltaj Presizyon vòltaj nan yon ekipman pou pouvwa FPGA anjeneral bezwen yo dwe byen wo. Yon gwoup tolerans varyasyon nan sèlman 3% se byen komen. Pou egzanp, kenbe yon tren debaz Stratix V nan 0.85 V nan yon fenèt presizyon vòltaj 3% mande pou yon gwoup tolerans konplè nan sèlman 25.5 mV. Ti fenèt sa a gen ladan varyasyon vòltaj apre chaj transient, osi byen ke presizyon dc. Yon fwa ankò, chèn zouti ekipman pou pouvwa ki disponib ki gen ladan LTpowerCAD ak LTspice esansyèl nan pwosesis konsepsyon pouvwa a pou kondisyon strik sa yo. Yon dènye konsèy se konsènan seleksyon FPGA D' condensateurs. Pou yo byen vit delivre gwo kouran, kondansateur seramik yo anjeneral chwazi. Yo travay byen pou objektif sa a, men yo bezwen chwazi pou valè kapasite vre yo pa tonbe ak vòltaj patipri DC.

Kite yon mesaj 

mesaj Lis