29 октомври 2012 г.

Забележка за приложение 5447 Изберете подходящото захранване за вашата FPGA

За:
Вирусна Вайдя, бизнес мениджър

10 октомври 2012 г.

Резюме: Има много неща, които трябва да се вземат предвид при проектирането на захранване за полеви програмируем масив на порта (FPGA). Те включват (но не се ограничават до) броя на релсите с високо напрежение и различните изисквания за ограничаване на последователността/проследяването и пулсациите. Тази бележка за приложението обяснява тези и други съображения за захранването, върху които инженерът трябва да помисли, когато проектира захранване за FPGA.

Подобна версия на тази статия се появи в изданието от 1 август 2012 г. на Електронен спецификатор списание.

Въведение

Програмируемите на място (FPGAs gate array) и сложните програмируеми логически устройства (CPLD) изискват от 3 до 15 или дори повече релси за напрежение. Логическото платно обикновено е в най-новия технологичен процес, който определя напрежението на захранването на сърцевината. Конфигурация, почистване на вериги, различни I/O, сериализатор/десериализатор (SerDes) приемо-предаватели, тактови мениджъри и други функции имат различни изисквания за релси на напрежение, последователност/проследяване и граници на пулсации. Инженерът трябва да вземе предвид всички тези проблеми, когато проектира захранване за FPGA.

Изисквания за захранване Започнете с релсите за напрежение

Тъй като програмируемите логически устройства (PLD) и FPGAs поемат ролята на система на чип (SoC) на вашата платка, захранването на тези устройства е сравнима с захранването на цялостна система. FPGA от висок клас като серията Xilinx Virtex ® ® M и серията Altera Stratix ® ® лесно имат 10 до 15 специални ленти. FPGA с по-ниска плътност, като Xilinx ®, серията Kintex и Spartan ® или серията Altera ® Arria и Cyclone ®, могат да имат 2 до 10 ленти, в зависимост от приложението.

Тъй като FPGAs се различават значително, много е важно да изберете правилното захранване за всяко приложение. Трябва да дефинирате набора от регулатори на мощността за общото ниво на мощността на всяка лента, изискванията за последователност на лентите и нуждите на системата за управление на захранването.Освен това, тъй като възлите на технологичните процеси стават все по-малки в FPGA, толерансите са необходими в ръководствата за захранване с напрежение. Ето защо регулаторите с 1% точност на регулиране на линията/натоварването (PVT) и вариациите на напрежението и температурата на процеса са толкова критични. ( Фигура 1 ).

забележка

Фигура 1. Опростена блок-схема показва архитектурата на захранването в индустриални приложения с FPGA.

Разберете системата

На системно ниво съображенията за проектиране оказват влияние върху избора на архитектура на захранването. Системите за запалване FPGA проекти за прости приложения използват регулатори Single и MultiRail, които вземат 5V/12V вход и захранване за всички FPGA релси и имат вградено секвениране и минимални външни компоненти. Лесната употреба е от решаващо значение за тези приложения и високата интеграция в контролера ще осигури тази лекота на използване. Характеристиките, които опростяват тези мощни MOSFET проекти, включват вътрешни елементи, вътрешно отместване, цифрова програмируемост и дори вътрешни индуктори.

Инфраструктурните FPGA използват оборудване, цифрови сигнални процесори (DSP), ASIC и периферни устройства, които работят с множество точки на натоварване на регулатора (POL), които от своя страна се контролират от главен контролер. В тези приложения често се използва управлението, базирано на микроконтролер PMBus ™ или I²C/SPI. Някои приложения изискват да контролирате както мощността на FPGA на платката, така и различни други устройства в система с динамично управление на мощността и мониторинг. Понякога се препоръчва да включите/изключите някои интегрални схеми въз основа на задействащи събития. Това са ситуации на усъвършенствани интегрирани системи за управление на захранването, като MAX34440 и MAX34441, които управляват множество POL регулатори и вентилатори. Тези устройства позволяват динамично регулиране на мощността с различни режими на работа като хибернация и режим на готовност и осигуряват превъзходно наблюдение и регистриране на грешки.

Приложенията, които се изпълняват на стекове, могат да се възползват от „Xilinx FPGAs енергоспестяващи режими, които поддържат FPGA схеми в режим на хибернация, освен когато алгоритмите скърцат. Регулатори като MAX15053 могат да захранват тези FPGA и могат също така да пестят енергия и да подобряват ефективността на техники като усилване и пропускане на режим на зареждане и управление на светлината.

Разберете Rails Your Power FPGA

Съвременните PLD имат централна шина за захранване, която захранва по-голямата част от устройството и консумира най-много енергия.С всеки възел на новата технология има ново захранване на ядрото на напрежението. Поддържащи релси за захранване на спомагателно напрежение, като логически схеми за конфигуриране, часовници и други почистващи вериги. Освен това FPGA обикновено се използват за затваряне на един интерфейсен стандарт към друг и всеки I/O контролер има своя уникална релса за напрежение, варираща от 1.2V до 3.3V. Примерните интерфейси включват LVTTL/LVCMOS, LVDS, LVDS шина, мини-LVDS, HSTL, SSTL и TMDS.

Изисква се специално внимание при захранването на високоскоростни приемопредаватели SerDes, всеки от които може да изтегли 1A при различни усилватели на ток и да работи при скорости от 155Mbps до 28Gbps и по-нататък. Приложението 100G Ethernet например използва много такива приемо-предаватели и отнема 10A или повече ток. Поради включените високи скорости, шумната лента за подаване е особено вредна за вашето представяне.

Оценете нуждите си от FPGA

Има три стъпки, които трябва да следвате, за да определите нуждите на захранването на вашата FPGA.

Винаги трябва да обмисляте усъвършенствани PMIC функции

Изборът на правилното захранване за FPGA или PLD е ясен, ако оцените общото ниво на мощност на всяка релса за напрежение в приложението. С това разбиране можете да започнете процеса на преглед и накрая да изберете захранване. Днешните регулатори на мощността предлагат няколко усъвършенствани функции извън основните входно/изходни напрежения и токове. Стартиране на последователността/проследяване, стартиране при предварително заредено натоварване, синхронизация с външен часовник или дистанционни сензори могат да бъдат интегрирани в едно устройство - всяка от тези нови функции може да бъде критична или напълно ненужни за приложение. В крайна сметка, само когато разберете добре приложението си, можете наистина да изберете правилното захранване.

Вижте подробни аналогови решения Maxim за FPGA от Xilinx и Altera аналогови решения за FGPAs ръководства за продукти.

Altera е търговска марка и регистрирана марка за обслужване на Altera Corporation. Arria е регистрирана търговска марка на Altera Corporation. Cyclone е регистрирана търговска марка на Altera Corporation. Kintex е регистрирана търговска марка на Xilinx, Inc. PMBus е търговска марка на SMIF, Inc. Spartan е регистрирана търговска марка на Xilinx, Inc. Stratix е регистрирана търговска марка на Altera Corporation. Virtex е регистрирана търговска марка на Xilinx, Inc. Xilinx е регистрирана търговска марка и регистрирана сервизна марка на Xilinx, Inc.

MAX15053
Висока ефективност, 2А, синхронен токов режим, превключващ регулатор за понижаване
Безплатни мостри

MAX34440
6-канален мениджър на захранването PMBus
Безплатни мостри

MAX34441
5-канален PMBus захранващ мениджър и интелигентен контролер на вентилатора
Безплатни мостри