资讯详情

FPGA之道(11)FPGA芯片的供电系统

文章目录

  • 前言
  • FPGA芯片的供电
    • 外端口供电机制
    • 内部逻辑供电机制
    • 专用电路供电机制
    • 讨论电源稳定性

前言

对于使用FPGA开发项目FPGA对于开发者来说,大部分都是自己定制一套系统,这对于绘制系统原理图至关重要。FPGA对于这一块,我们可以发现FPGA芯片的供电是一件精致的事情。以下内容摘自《FPGA这本书,对于FPGA学习供电系统。

FPGA芯片的供电

任何电路的工作都离不开电源的供应,FPGA芯片也一样。一般来说,FPGA芯片在正常运行时,需要系统提供三套供电机制—外端口供电机制、内逻辑供电机制和专用电路供电机制。分别介绍如下:

外端口供电机制

数字系统之间的电平接口种类,FPGA它是一种专门用于数字系统设计的芯片,因此能够正确、可靠、高效地与数字电路通信FPGA芯片的必要功能。FPGA芯片中的用户IO资源能够正确接收相关电平信号或按要求发送相关电平信号,必须为用户提供IO资源供应正确的电源。这就是外部端口供电机制的作用。一般来说,类似于接口资源的命名VCCIO管脚是用户IO资源供电的管脚。通过端接不同的电压,确保FPGA芯片可以与外界正常通信。例如,如果外部信号电平为LVTTL3V3,所以我们需要VCCIO管脚供给3.3V直流电压。 现在的FPGA芯片集成度越来越高,一片BGA封装的FPGA芯片上有成百上千的用户IO资源并不奇怪。一般来说,FPGA这么多用户系,会有这么多用户IO资源分开,形成几个IO Bank,而每一个IO Bank具有单独的VCCIO接口资源。这意味着一块FPGA芯片的用户IO资源可以支持各种接口的电平通信。例如,一个IO Bank的管脚与外部SDRAM芯片通过LVTTL3V3.存储操作,另一个IO Bank管脚可通过LVDS2V5接口电平与外部高速差接口通信。因此,使用IO Bank我们可以在不同的电平标准中定位不同通信的逻辑端口IO Bank来满足一片FPGA芯片还需要与各种外部电平环境进行通信。甚至通过相关的可编程电源技术,动态地改变IO Bank的VCCIO供电电压,使硬件产品更加通用。

内部逻辑供电机制

虽然数字系统之间有多种接口电平,但对于承载核心逻辑的操作FPGA对于芯片内的其他资源,它们不需要根据不同的外部电路来调整电源电压。 首先,一旦识别了数字信号,就没有必要遵循以前的电平标准,所以用户IO资源和FPGA当芯片内部的其他资源通信时,没有必要使用与外部电平标准来混淆内部电路的工作。 其次,外部端口的电源一般电压要求较高,电流要求较低,因为数字系统之间的通信不需要较强的电流驱动能力;内部逻辑电源一般电源电流较大,甚至可达十多个安培,因此由于功耗控制,电源电压一般较低。 因上述原因,无论是一片FPGA有多少芯片?IO Bank,能支持多少不同的VCCIO电平标准,一片FPGA芯片只能有一个内部逻辑电源。一般来说,在接口资源中命名类似VCCINT管脚是内部逻辑供电的管脚。虽然是一块FPGA芯片以支持多种芯片VCCINT电平标准,但每次工作时,只能选择其中一个供电内部逻辑,而不是像VCCIO允许同时存在多种供电电平。

专用电路供电机制

由于FPGA一些新资源不断集成,一些资源对电源有特殊的要求,所以对大多数来说FPGA芯片还需要配合一些专有的电路供电机制来驱动这些资源正常工作。 例如,FPGA芯片中的PLL由于模拟电路的特性主要用于实现资源,模拟电路对电源噪声远比数字电路敏感,因此,FPGA中的PLL资源通常需要特殊的电源电路,而FPGA自然会提供相应的供电管脚,如名称相似VCCPLL的。

讨论电源稳定性

没有稳定的电源,任何芯片的正确稳定工作都是不可或缺的。FPGA的VCCIO和VCCINT一般来说,需要添加一个特殊的滤波电路来去除电源转换芯片输出电压的纹波和噪声,通常是靠近FPGA用大电容过滤芯片中的低频干扰,然后在每个芯片中FPGA尽可能在电源管脚附近放置小电容器,以过滤高频干扰。对于专用电路的供电,需要参考芯片手册中的说明来设计供电电路。 虽然数字电路对电源噪声不是很敏感,但当驱动内部逻辑的时钟信号频率很高时,电压稳定性对时间指标的影响仍然很明显。因此,为了获得高性能,我们必须确保稳定的电源电压按照芯片手册中推荐的电平标准提供。 至于电流,前面提到过,VCCINT虽然用户的电流相对较大,但可以在几个安培甚至十几个安培中使用。IO资源对电流的要求不高,但如果有几百个IO同时,这种电流不容小觑。因此,为了解决电流过度集中、管脚烧坏的问题,一块FPGA一般有几十甚至几百个中学。VCCINT管脚用于电流分流;每个管脚用于电流分流;IO Bank也会有几个VCCIO,但请注意,这些VCCIO它起到电流分流的作用,不能接入不同的电平。 除此之外,还要考虑FPGA芯片的工作电流较大,因此其功耗一般也在几瓦、十几瓦甚至更高,那么随之而来,FPGA芯片的温度也会急剧上升。如果不控制,芯片很可能会被烧毁,温度的变化对时间指标有很大的影响。因此,逻辑资源相对丰富FPGA芯片需要与散热器一起使用。 ———————————————— 版权声明:本文为CSDN博主「李锐博恩」遵循原创文章CC 4.0 BY-SA版权协议,请附上原始来源链接和本声明。 原文链接:https://blog.csdn.net/Reborn_Lee/article/details/104250444

标签: 供电容量与供电后电压

锐单商城拥有海量元器件数据手册IC替代型号,打造 电子元器件IC百科大全!

锐单商城 - 一站式电子元器件采购平台