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FPGA电源主要由核电组成VCCINT,block RAM供电VCCBRAM,辅助电压VCCAUX和VCCAUX_IO,IO电压VCCIO,高速GTX接口电压VMGTAVCC,VMGTAVTT,VMGTVCCAUX,VMGTAVTTRCAL等电压组成。
VCCINT是FPGA芯片的核电压用于给予FPGA触发器上的内部逻辑门和电压。也就是说,芯片的晶体管开关压提供。当内部逻辑工作时钟速率越高,使用的逻辑资源越多,核心电压的电流就越大,可以达到几个安全点。此时,芯片将不可避免地变热,需要散热装置来辅助散热。该电压随着FPGA的发展从5v、3.3v、2.5v、1.8v、1.5v变的越来越低。核心电压固定。(根据所用FPGA确定模式)。
输出电流大于设备最大要求电流的电源应选择DCDC原则上,供电DCDC根据板级实际情况选择开关频率,开关频率越高,所需功率电感和滤波电容体积越小。
VCCIO(有些地方也记为VCCO)是用于FPGA驱动IO模块(同IO引脚的电压。电压应与其他电压连接FPGA由于上部设备的电压匹配,FPGA芯片通信通常需要与各种不同的电平接口进行通信,因此支持大量的电平标准,这也是其灵活性的表现。FPGA芯片通信是为了与各种不同的电平标准接口,Vccio通常以Bank边界,彼此是独立的,Bank只能存在一个块IO电压。一颗FPGA有多个芯片Bank块,每个Bnak可与电平接口芯片通信,如Bank34与3.3V的MCU通信,Bank35与2.5V的DDR芯片通信。需要注意的VCCO里面分为HR bank电压和HP bank电压,其中HR bank电压一般为3.3V但遇到网络接口时,一般设计为2.5V;HP为高速bank,常常用于ddr设计,电压为1.5V
*FPGA运行通常需要两个电压:一个是核电压,另一个是核电压IO电压”。通过独立的电源引脚提供每个电压。实际上,FPGA允许设备本身VCCINT和VCCIO相同的(比如VCCINT和VCCIO两种引脚可以连接在一起)。但是FPGA设计面向低压内核和高压IO是的,所以两种电压通常是不同的。‘
*需要注意的是内核电压和IO电压的上电顺序一般要求前者先上电,因此在设计电源电路时需要时间控制。
FPGA它不是一个简单的数字逻辑芯片,内部也有一些模拟组件,如Xilinx的DCM数字时钟管理组件,高端点FPGA还有高速串并转换器serdes、这些模拟器件,如温度监测器件,对电源噪声要求很高,需要独立稳定的电源供电。Vccaux为这些模拟器件提供电压Vccaux也可以给部分IO供电,像JTAG等。
VCCAUX_IO是相对于地面的辅助电源电压(驱动前电压)。在xilinx的FPGA芯片中,Vccaux_io是高性能库中的独立轨道I / O电路供电。 Vccaux_io必须设置为2.0V为了实现更高的数据速率,可以设置为1.8V降低数据速率(电压的选择取决于目标存储器的接口频率)。
内部Block RAM供电电压。它不会损坏FPGA设备范围为-0.5V~1.1V。对于-2和-1的spartan7系列正常工作电压为0.95V~1.05V,推荐工作电压为1.00V。对于 -1L的spartan7系列正常工作电压为0.92V~0.98V,推荐工作电压为0.95V。
GTP收发器的核心电压不会损坏FPGA设备范围为-0.5V~1.1V。正常工作电压为0.97V~1.03V。推荐工作电压为1.00V。(xilinx的FPGA芯片)
GTP收发器终端与电压匹配。它不会损坏FPGA设备范围为-0.5V~1.32V。正常工作电压为1.17V~1.23V。推荐工作电压为1.20V。(xilinx的FPGA芯片)
*GTP上电顺序为收发器VCCINT、VMGTAVCC、VMGTAVTT或者VMGTAVCC、VCCINT、VMGTAVTT。断电顺序正好相反。
各电压上电顺序要求如下:
(1)VCCINT → VCCBRAM → VCCAUX → VCCAUX_IO → VCCO ;
(2)VMGTAVCC → VMGTAVTT → VMGTAVTTRCAL → VMGTVCCAUX。