51電子網公益庫存:

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      fpga廠商不斷采用更先進的工藝來降低器件功耗，提高性能，同時fpga對供電電源的精度要求也越加苛刻，電壓必須維持在非常嚴格的容限內，如果供電電壓范圍超出了規范的要求，就有會影響到fpga的可靠性，甚至導致fpga失效。

      無論是intel （altera）fpga還是xilinx fpga均在數據手冊中明確提出了電源精度要求，其中要求最高的是內核和高速收發器的供電。舉例來看，intel公司的cyclone v、cyclone 10 gx、arria10、stratix 10的電源精度要求在±30mv以內

      由此可見，新一代fpga的供電精度都在±20-30mv左右，已經是單板中對電源精度要求最為苛刻的器件之一了。

由于輸出精度都是理論計算值，并沒有考慮單板pcb布線和其他外部設備引入的干擾和誤差，因此實際設計產品時，電源輸出精度不但必須符合數據手冊中的要求，還必須預留一定的余量，通常設計中，我們還會保留50%-100%余量，以保證系統長期可靠工作。http://zl1688-1.51dzw.com

      供電電源的穩態直流精度主要取決于兩個因素：電壓調整精度和輸出電壓紋波。這里有一個誤區，很多工程師只通過dc-dc數據手冊上的電壓輸出精度來判斷器件是否符合要求，其實這是不正確的。 首先很多dc-dc需要外部反饋電阻來決定最終的輸出電壓，數據手冊上的電壓調整精度是指芯片本身的輸出精度，并沒有計算反饋電路引入的偏差。其次，器件數據手冊上的電壓輸出精度并不包含輸出電壓紋波，必須將兩者疊加計算才能得到正確的直流穩態精度。

      電源直流穩態精度 =器件輸出精度（這里要求全溫度，全負載時的精度，很多器件手冊只給出典型值，因此要小心)+ ½ 紋波 + 外部反饋電阻精度引入的誤差

      可見，tps53355和ltm4630的理論輸出精度為24-25mv，對于大部分fpga的30mv精度要求來說，只是在理論上滿足，用戶必須將pcb布線和其他外部設備引入的干擾控制在5mv以內，這個余量非常小，很難符合可靠性設計原則。而對于ku+，vu+或者需要支持26g收發器的stratix10等器件，理論上tps53355和ltm4630輸出精度都超出了器件容限，無法滿足這些新一代fpga器件對電源的要求。

      而intel公司的em2130模塊是intel公司專門針對fpga等大規模芯片設計的電源模塊產品，輸出精度為0.5%，不需要任何外部反饋電阻，紋波只有7mv左右，最終電源直流穩態精度達到了驚人的8mv，有充分的設計余量可以滿足當前任何fpga的對電源精度的苛刻要求。

      除了電源精度影響整個系統的穩定性和可靠性，更高精度的電源還可以幫助我們降低系統功耗。

      我們舉一個例子，一個fpga推薦的典型工作電壓為0.85v，最高工作電壓為0.88v，最低工作電壓為0.82v， 假設供電dc-dc實際穩態直流精度是±30mv ，那么dc-dc必須正好工作在0.85v，如果電壓更低，就會低于fpga對電壓下限的要求。http://zl1688-1.51dzw.com

      而intel em21xx系列電源模塊的穩態直流精度理論值只有±8mv，考慮設計余量，我們使用±15mv作為實際工作精度， 那么在保證器件最低工作電壓0.82v的情況下，輸出電壓可以設置在0.835v，而不是0.85v，根據功率計算公式p=u2 /r， 在30a情況下，可以降低0.765w功耗。

             

      電源是保證fpga系統可靠的重要因素，隨著fpga對電壓精度要求不斷提高，大部分傳統電源芯片或模塊已經難以跟上fpga芯片對精度要求。 intel公司針對新一代fpga的需求，專門設計了em21xx系列數字電源模塊，輸出電流從20a到40a（即將推出60a模塊），小體積，高效率，簡單易用，精度完全滿足所有新一代fpga器件對電源的苛刻要求，并可以預留足夠余量，確保電源系統的可靠性。

來源： 駿龍altera及fpga社區