FPGA电源的“护理和喂养”: 成功的道与因

作者:Nathan Enger

简介

现代FPGA是有史以来最复杂的集成电路之一,它们采用最先进的晶体管技术和顶尖的架构,以实现令人难以置信的灵活性和最高的性能。随着时间的推移和技术的进步,这种复杂性决定了,在用FPGA设计和实现系统时,需要做出某些妥协。这一点在电源中最为明显,FPGA每次更新换代,电源都要提高精度、灵活性、可控性、效率和故障感知能力,还要减小体积。

在本文中,我们将专门讨论针对Altera® Arria 10 FPGA的部分约束性规格以及这些规格对电源设计的影响。然后,我们将讨论最佳供电解决方案,讨论如何运用ADI公司的整套电源系统管理(PSM)IC(包括LTC3887、LTC2977和LTM4677),成功地达到规格要求,使FPGA实现最佳的效率、速度和功率水平。

FPGA电源要求(解读数据手册)工程师应该将大部分时间用于编程——他们不希望花费时间和精力去考虑如何设计合适的电源。实际上,最佳供电方案就是采用一种既能满足项目当前需求,又能达到项目升级发展需求的,强大、灵活且行之有效的设计方案。在此,我们将仔细考察一些重要的电源规格及其含义。

电压精度

内核电源电压是平衡FPGA功耗和性能的、最重要的关键要素之一。规格文档给出了一系列可接受的电压,但总的电压范围并不是问题的全部。与所有事物一样,需要进行权衡和优化。

表1是当下流行的Altera Arria 10 FPGA 1的内核电压规格示例。虽然这些数字是Arria 10特有的数据,但它们代表了其他FPGA内核电压要求。电压范围为标称电压另加±3.3%的容差。在此电压窗口内,FPGA会正常运行,但问题的全貌要复杂得多。

表1. Altera Arria 10内核电压规格

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