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大規(guī)模現場可編程門陣列(FPGA)開發(fā)系統(tǒng)電源設計研究

作者: 時間:2011-03-20 來源:網絡 收藏

本文引用地址:http://www.butianyuan.cn/article/179389.htm

3.3 DC/DC控制器

DC/DC控制器和DC/DC調整器的差別主要是沒有內置的FETs,因此,它能夠保證有很大的靈活性,者可以選用有特定導通電阻的外接FET晶體管,并根據應用的需要調整電流限。這在需要十幾甚至幾十A電流的特中非常有用。與DC/DC調整器相比,采用這種方案,既要選擇適當的輸入/輸出電容、輸出電感,又要選擇符合要求的FET,增加了設計難度和總成本。此外,由于FET外置,占用空間也相對較大。目前DC/DC控制器芯片市場上非常多,比如TI,Linear,Maxim,National等公司都有相應的產品,規(guī)格也相當全,僅Maxim一家就有數十種此類產品,設計者可以根據自己的需求選擇合適的芯片。圖2以Maxim的MAX1961為例,描述了DC/DC控制器設計的典型電路。MAX1961輸入電壓為2.35V到5.5V;有4個預設的輸出電壓(1.5V,1.8V,2.5V和3.3V),偏差低于0.5%;輸出電流最高可達20A。

圖2 DC/DC控 制 器 電 源 設 計 典 型 電 路

3.4 模塊

電源模塊一般以可插拔的形式給出。就原理上來說,它通常也是個開關穩(wěn)壓器,所以它的效率也非常高,而且相對于普通開關穩(wěn)壓器,它的集成度更高,外圍只需要一個輸入電容和一個輸出電容即可工作(這一點于LDO類似),設計相當簡便,特別適合要求周期非常短的應用,尤其是原型機的設計。由于電源模塊上集成了幾乎所有可以集成的東西,靈活性相對較差,價格也相對較高。圖3以TI的PT6943為例,描述了用電源模塊設計電源的典型電路。PT6943是TI的PT6940系列電源模塊的一種,輸入為4.5V至5.5V,它支持3.3V和1.5V兩路輸出,每路輸出的最大電流均為6A,它內部還集成了電壓順序控制,短路保護等功能。

圖 3 用 電 源 模 塊 設 計 電 源 典 型 電 路

4 FPGA板電源設計實例

我們采用TI公司TPS5461X系列DC/DC調整器芯片的TPS54616(輸出3.3V/6A)和TPS54613(輸出1.5V/6A),設計了基于FPGA的MPEG4解碼芯片*仿真演示開發(fā)板的電源(3.3至5V輸入,3.3V和1.5V輸出)。開發(fā)板上有兩塊Xilinx的XC2V2000FPGA芯片,規(guī)模相對較大。電源部分電路如圖4所示。輸入、輸出電容采用低等效串聯(lián)電阻(ESR)的鉭電解電容,輸出電感選用了Pulse公司的PD0120.702,其電感值為7.1μH,直流電阻為9.5mΩ,飽和電流為12.6A。TPS54613的PWRGD輸出連接了TPS54616的SS/ENA引腳,當TPS54613輸出電壓低于1.35V(正常值的90%)時,PWRGD為低,TPS54616處于關閉狀態(tài),當TPS54613輸出電壓高于1.35V時,PWRGD變高,TPS54616開始工作;在關閉電源時,TPS54613輸出電壓降到1.35V時,PWRGD變低,關斷了TPS54616給I/O供電,使得周邊接口先掉電,從而保證了FPGA核心電壓優(yōu)先于I/O電壓的供電順序,符合一般設計規(guī)律。經實際測試,電源各項指標均符合要求。

圖4 FPGA開發(fā)板電源設計實例電路

5 結語

在設計FPGA開發(fā)板電源時,開發(fā)者要在整體方案的成本,電路板面積和效率之間進行折中。LDO穩(wěn)壓器為電流輸出要求較低的應用提供了體積小且廉價的解決方案;DC/DC調整器解決方案能夠保證高得多的電源變換效率,散熱簡單,是一般FPGA電源的理想選擇;DC/DC控制器解決方案設計靈活,輸出電流大,是特FPGA開發(fā)板的最佳選擇;電源模塊即插即用,為FPGA電源設計提供了一種最為快捷的解決方案。


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