揭秘FPGA電源設計時的N個考慮事項

FPGA是一種提供許多邏輯單元和其他功能(如收發器、PLL和用于復雜處理任務的MAC單元)的器件。FPGA現在變得非常強大，有效地為它們供電是設計的一個重要方面，這一點常常被低估。

本文分析了針對FPGA的電源要求，提供了關于如何將其放在PCB上和放在什么位置的指導，并通過一個設計示例讓讀者熟悉設計步驟，設計當中FPGA所在的系統由12 V總線供電，這是來自市電供電SMPS的主輸出。

功耗估算器和電壓要求

FPGA設計的一個重要方面是確定所需電壓要求和每個電壓軌的電流要求。各大FPGA廠商都提供了綜合性計算器來幫助確定這些要求，考慮因素包括器件工作頻率、所用門電路數量以及門電路的切換率。例如，Altera提供了PowerPlay Early Power Estimator，Xilinx提供了XPower Analyzer。

表1包含Altera和Xilinx器件需要的一些典型電壓軌，分為三個核心電壓：I/O電壓、收發器電壓和輔助電壓。

核心電壓較低的FPGA需要高電流、高精度和最小紋波。為實現這一目標，去耦電容器的位置應當盡量鄰近FPGA，使去耦通路中的ESR和ESL最小。

另一種合適做法是將POL穩壓器放在盡量鄰近器件的位置，但不影響FPGA的輸入和輸出路徑。更高的工作頻率和控制、驅動器與MOSFET和集成度有助于實現緊湊的布局。小解決方案占位面積允許將穩壓器放在FPGA的近旁，從而改善穩壓器瞬態響應。圖1提供了來自Vishay microBUCK產品的一種3 A穩壓器示例。