为最新FPGA提供优异的电源
时间：10-25
来源：互联网
点击：
近年来，电子设备（应用）的多样化与高性能化以惊人的速度不断发展。可以说，这种趋势使各产品的开发周期缩短，并给半导体技术带来了巨大的发展空间。
在这种背景下，被称为FPGA的LSI为电子设备的开发作出了巨大贡献，它比以往任何时候更引人关注，市场规模不断扩大。
1．何谓FPGA
FPGA为Field Programmable Gate Array的缩写，意为在现场（Field）、可擦写（Programmable＝可编程）的、逻辑门（Gate）呈阵列（Array）状排布的半定制LSI，简言之，即“后期电路可擦写逻辑元件”。
产品售出后也可进行再设计，可顺利进行产品的更新以及新协议标准的应对。这是制成后内容即被固定的ASIC (Application Specific Integrated Circuit：特定应用定制IC）和ASSP （Application Specific Standard Product：特定应用的功能专业化的标准、市售IC）所没有的、只有FPGA才具备的特点。
FPGA不仅具备可再编程的灵活性，随着近年来技术的发展，FPGA的高集成度、高性能化、低功耗化、低成本化也在不断进步，FPGA已经逐渐具备了与ASIC和ASSP同等程度的功能，因此，在各种电子设备中的应用日益广泛。
2．FPGA所需求的电源规格
ROHM于今年7月开发出并发布了对应最新FPGA的、即Xilinx公司生产的28nm制程7系列的开关稳压控制器“BD95601MUV(1ch)”、“BD95602MUV(2ch)”。另外，还开发出用于AVNET Internix公司FPGA用开发套件(Mini Module Plus)（照片1）的电源模块板。（照片2）
照片1：AVNET Internix公司生产的FPGA用开发套件（Mini Module Plus）
照片2：ROHM电源模块板
这两种成为参考设计的电源IC性能非常好，而且通用性强，不仅可用于FPGA，还可在更广泛的应用中使用。
最近的高端FPGA（此次AVNET Internix公司的开发套件为Xilinx Kintex-7用），由于其制程工艺的微细化以及与其相应的低电压化、内核部与接口部的电源分离以及数字电路与模拟电路的混装等多电源化，必然需要先进的电源管理。电压精度当然要求低波纹，而且要求具备投入时序管理和优异的负载瞬态响应性能。图1为ROHM电源模块的输出结构，表示生成上述项目的各开关稳压控制器与电压/电流。
图1：电源模块的输出结构与FPGA的电源要求
这种模块需要内部电路、I/O、RAM、收发器用等共8种电压。以内部电路用VCCINT为例，电压精度为±3%。
系统电压等通常为±5%，因此，仅从比例考虑的话±3%可视为稍微苛刻的要求，但按实际的容许电压考虑的话：3.3V±3%为3.3V±99mV，VCCINT＝1.0V±3%为1.0V±30mV即VCCINT的容差仅为±30mV，当电压较低时，实际的容许电压值要求严格。这对于具有波纹电压的开关稳压器来说是非常苛刻的条件，如果负载瞬态响应速度不够快，也很容易超出容许范围。对于电源来说，实现低电压高电流输出、高精度高稳定性是巨大的课题。
另外，不仅是电源精度，对于多数电源来说，都已详细规定了电源上电时序、断电时序，不满足这些要求就会发生FPGA不启动等问题。
实现高速负载瞬态响应的ROHM开关稳压控制器
使这些FPGA可靠地启动、稳定地工作的开关稳压控制器“BD95601MUV(1ch)”、“BD95602MUV(2ch)”的主要规格如下。
【特点】
●采用ROHM独创的可高速负载瞬态响应的H3Reg控制方式
●最高效率达95%以上
●可选择轻负载时进行间歇脉冲控制的轻负载模式、重视低波纹控制的PWM连续控制模式、轻负载时防啸叫控制的静音轻负载模式
●搭载实现多种电源时序的可调软启动端子、P.G.输出端子
●搭载各种保护功能(OCP、SCP、UVLO、TSD)
参见表1。基本上，两种产品都是高效同步整流的降压型控制器，不仅在重负载时的效率高，轻负载时的效率也很高。标准电压为0.75V/0.7V，适用低电压，±1%的精度对于前述的±3%的精度来说具有充分的余量。不仅如此，通过ROHM独创的H3RegTM控制模式实现了高速负载瞬态响应（图2），非常适合用作FPGA电源。
表1：BD95601MUV(1ch)、BD95602MUV(2ch)的规格概要
图2：负载电流急剧变动也可用最小限的电压降实现高速负载瞬态响应
【高速负载瞬态响应H3Reg控制】
为了提高负载瞬态响应的速度，有一种解决方案是使用恒定导通时间控制，但H3Reg控制是进一步提高负载急剧变动时的瞬态响应速度的、改进型(改良形)恒定导通时间控制方式（图3）。
图3：ROHM独创的高速负载瞬态响应H3Reg控制
●为了与内部电压控制比较器输入的标准电压(REF)进行比较，将被分压的输出电压反馈给FB引脚；
●在正常运行中，H3Reg控制器一旦检测到FB引脚的电压低于REF电压，在下述公式规定的时间(tON)之内，导通高边MOSFET的栅极(HG)，使输出电压上升；
●tON后HG一旦关断，低边MOSFET的栅极(LG)导通，FB引脚电压开始下降，当与REF电压达到一致时关断LG。
●通过这样的反复运行，保持输出恒定；
●负载急剧变动时，输出降低、过了FB引脚电压所规定的tON时间还没有上升到REF电压以上时，可通过延长tON时间、供给更多的电力来加快输出电压的恢复,即提高负载瞬态响应特性；
●输出电压恢复，即返回正常运行。
在这种背景下，被称为FPGA的LSI为电子设备的开发作出了巨大贡献，它比以往任何时候更引人关注，市场规模不断扩大。
1．何谓FPGA
FPGA为Field Programmable Gate Array的缩写，意为在现场（Field）、可擦写（Programmable＝可编程）的、逻辑门（Gate）呈阵列（Array）状排布的半定制LSI，简言之，即“后期电路可擦写逻辑元件”。
产品售出后也可进行再设计，可顺利进行产品的更新以及新协议标准的应对。这是制成后内容即被固定的ASIC (Application Specific Integrated Circuit：特定应用定制IC）和ASSP （Application Specific Standard Product：特定应用的功能专业化的标准、市售IC）所没有的、只有FPGA才具备的特点。
FPGA不仅具备可再编程的灵活性，随着近年来技术的发展，FPGA的高集成度、高性能化、低功耗化、低成本化也在不断进步，FPGA已经逐渐具备了与ASIC和ASSP同等程度的功能，因此，在各种电子设备中的应用日益广泛。
2．FPGA所需求的电源规格
ROHM于今年7月开发出并发布了对应最新FPGA的、即Xilinx公司生产的28nm制程7系列的开关稳压控制器“BD95601MUV(1ch)”、“BD95602MUV(2ch)”。另外，还开发出用于AVNET Internix公司FPGA用开发套件(Mini Module Plus)（照片1）的电源模块板。（照片2）
照片1：AVNET Internix公司生产的FPGA用开发套件（Mini Module Plus）
照片2：ROHM电源模块板
这两种成为参考设计的电源IC性能非常好，而且通用性强，不仅可用于FPGA，还可在更广泛的应用中使用。
最近的高端FPGA（此次AVNET Internix公司的开发套件为Xilinx Kintex-7用），由于其制程工艺的微细化以及与其相应的低电压化、内核部与接口部的电源分离以及数字电路与模拟电路的混装等多电源化，必然需要先进的电源管理。电压精度当然要求低波纹，而且要求具备投入时序管理和优异的负载瞬态响应性能。图1为ROHM电源模块的输出结构，表示生成上述项目的各开关稳压控制器与电压/电流。
图1：电源模块的输出结构与FPGA的电源要求
这种模块需要内部电路、I/O、RAM、收发器用等共8种电压。以内部电路用VCCINT为例，电压精度为±3%。
系统电压等通常为±5%，因此，仅从比例考虑的话±3%可视为稍微苛刻的要求，但按实际的容许电压考虑的话：3.3V±3%为3.3V±99mV，VCCINT＝1.0V±3%为1.0V±30mV即VCCINT的容差仅为±30mV，当电压较低时，实际的容许电压值要求严格。这对于具有波纹电压的开关稳压器来说是非常苛刻的条件，如果负载瞬态响应速度不够快，也很容易超出容许范围。对于电源来说，实现低电压高电流输出、高精度高稳定性是巨大的课题。
另外，不仅是电源精度，对于多数电源来说，都已详细规定了电源上电时序、断电时序，不满足这些要求就会发生FPGA不启动等问题。
实现高速负载瞬态响应的ROHM开关稳压控制器
使这些FPGA可靠地启动、稳定地工作的开关稳压控制器“BD95601MUV(1ch)”、“BD95602MUV(2ch)”的主要规格如下。
【特点】
●采用ROHM独创的可高速负载瞬态响应的H3Reg控制方式
●最高效率达95%以上
●可选择轻负载时进行间歇脉冲控制的轻负载模式、重视低波纹控制的PWM连续控制模式、轻负载时防啸叫控制的静音轻负载模式
●搭载实现多种电源时序的可调软启动端子、P.G.输出端子
●搭载各种保护功能(OCP、SCP、UVLO、TSD)
参见表1。基本上，两种产品都是高效同步整流的降压型控制器，不仅在重负载时的效率高，轻负载时的效率也很高。标准电压为0.75V/0.7V，适用低电压，±1%的精度对于前述的±3%的精度来说具有充分的余量。不仅如此，通过ROHM独创的H3RegTM控制模式实现了高速负载瞬态响应（图2），非常适合用作FPGA电源。
表1：BD95601MUV(1ch)、BD95602MUV(2ch)的规格概要
图2：负载电流急剧变动也可用最小限的电压降实现高速负载瞬态响应
【高速负载瞬态响应H3Reg控制】
为了提高负载瞬态响应的速度，有一种解决方案是使用恒定导通时间控制，但H3Reg控制是进一步提高负载急剧变动时的瞬态响应速度的、改进型(改良形)恒定导通时间控制方式（图3）。
图3：ROHM独创的高速负载瞬态响应H3Reg控制
●为了与内部电压控制比较器输入的标准电压(REF)进行比较，将被分压的输出电压反馈给FB引脚；
●在正常运行中，H3Reg控制器一旦检测到FB引脚的电压低于REF电压，在下述公式规定的时间(tON)之内，导通高边MOSFET的栅极(HG)，使输出电压上升；
●tON后HG一旦关断，低边MOSFET的栅极(LG)导通，FB引脚电压开始下降，当与REF电压达到一致时关断LG。
●通过这样的反复运行，保持输出恒定；
●负载急剧变动时，输出降低、过了FB引脚电压所规定的tON时间还没有上升到REF电压以上时，可通过延长tON时间、供给更多的电力来加快输出电压的恢复,即提高负载瞬态响应特性；
●输出电压恢复，即返回正常运行。
电子 半导体 FPGA 电路 Xilinx 电源模块 电压 模拟电路 电源管理 电流 收发器 PWM 比较器 MOSFET 开关电源 罗姆 相关文章：
- 超低静态电流电源管理IC延长便携应用工作时间(04-14)
- 负载点降压稳压器及其稳定性检查方法(07-19)
- 高效地驱动LED(04-23)
- 适合高效能模拟应用的线性电压稳压器(07-19)
- 低功耗嵌入式实现的方方面面(04-30)
- 电源设计小贴士5：降压-升压电源设计中降压控制器的使用(03-18)
鐏忓嫰顣舵稉鎾茬瑹閸╃顔勯弫娆戔柤閹恒劏宕�
- 妤傛ḿ楠囩亸鍕暥瀹搞儳鈻肩敮鍫濆悋閹存劕鐓跨拋顓熸殌缁嬪顨滅憗锟�
閸忋劍鏌熸担宥咁劅娑旂姴鐨犳０鎴滅瑩娑撴氨鐓＄拠鍡礉閹绘劕宕岄惍鏂垮絺瀹搞儰缍旈懗钘夊閿涘苯濮幃銊ユ彥闁喐鍨氶梹澶歌礋娴兼ḿ顫呴惃鍕殸妫版垵浼愮粙瀣瑎...
- 娑擃厾楠囩亸鍕暥瀹搞儳鈻肩敮鍫濆悋閹存劕鐓跨拋顓熸殌缁嬪顨滅憗锟�
缁箖鈧拷30婢舵岸妫亸鍕暥閸╃顔勭拠鍓р柤閿涘奔绗撶€硅埖宸跨拠鎾呯礉閸斺晛顒熼崨妯烘彥闁喕鎻崚棰佺娑擃亜鎮庨弽鐓庣殸妫版垵浼愮粙瀣瑎閻ㄥ嫯顩﹀Ч锟�...
- Agilent ADS 閺佹瑥顒熼崺纭咁唲鐠囧墽鈻兼總妤勵棅
娑撴挸顔嶉幒鍫ｎ嚦閿涘苯鍙忛棃銏ｎ唹鐟欘枃DS閸氬嫮顫掗崝鐔诲厴閸滃苯浼愮粙瀣安閻㈩煉绱遍崝鈺傚亶閻€劍娓堕惌顓犳畱閺冨爼妫跨€涳缚绱癆DS...
- HFSS鐎涳缚绡勯崺纭咁唲鐠囧墽鈻兼總妤勵棅
鐠у嫭绻佹稉鎾愁啀閹哄牐顕抽敍灞藉弿闂堛垼顔夐幒鍦欶SS閻ㄥ嫬濮涢懗钘夋嫲鎼存梻鏁ら敍灞藉簻閸斺晜鍋嶉崗銊╂桨缁崵绮洪崷鏉款劅娑旂姵甯夐幓顡嶧SS...
- CST瀵邦喗灏濆銉ょ稊鐎广倕鐓跨拋顓熸殌缁嬪顨滅憗锟�
閺夊孩妲戝ú瀣╁瘜鐠佽绱濋崗銊╂桨鐠佸弶宸緾ST閸氬嫰銆嶉崝鐔诲厴閸滃苯浼愮粙瀣安閻㈩煉绱濋崝鈺傚亶韫囶偊鈧喕鍤滅€涳附甯夐幓顡塖T鐠佹崘顓告惔鏃傛暏...
- 鐏忓嫰顣堕崺铏诡攨閸╃顔勭拠鍓р柤
娑撳洣绗€妤傛ɑ銈奸獮鍐叉勾鐠у嚖绱濇潻娆庣昂鐠囧墽鈻兼稉杞扮稑閸︺劌鐨犳０鎴炲Η閺堫垶顣崺鐔枫亣鐏炴洘瀚甸懘姘剧礉閹垫挷绗呴崸姘杽閻ㄥ嫪绗撴稉姘唨绾偓...
- 瀵邦喗灏濈亸鍕暥濞村鍣洪幙宥勭稊閸╃顔勭拠鍓р柤閸氬牓娉�
鐠愵厺鎷遍崥鍫ユ肠閺囨潙鐤勯幆鐙呯礉缂冩垵鍨庨妴渚€顣剁拫鍙樺崕閵嗕胶銇氬▔銏犳珤閵嗕椒淇婇崣閿嬬爱閿涘本鍨滅憰浣圭壉閺嶉绨块柅锟�...
栏目分类