如何为FPGA供电？

[导读]FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列），是指一种通过软件手段更改、配置器件内部连接结构和逻辑单元，完成既定设计功能的数字集成电路。顾名思义，其内部的硬件资源都是一些呈阵列排列的、功能可配置的基本逻辑单元，以及连接方式可配置的硬件连线。简单来说就是一个可以通过编程来改变内部结构的芯片。

1.什么是FPGA

FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列），是指一种通过软件手段更改、配置器件内部连接结构和逻辑单元，完成既定设计功能的数字集成电路。顾名思义，其内部的硬件资源都是一些呈阵列排列的、功能可配置的基本逻辑单元，以及连接方式可配置的硬件连线。简单来说就是一个可以通过编程来改变内部结构的芯片。

它是在 PLA、PAL、GAL、CPLD 等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

FPGA 普遍用于实现数字电路模块，用户可对 FPGA 内部的逻辑模块和 I/O 模块重新配置，以实现用户的需求。它还具有静态可重复编程和动态在系统重构的特性，使得硬件的功能可以像软件一样通过编程来修改。可以毫不夸张的讲，FPGA 能完成任何数字器件的功能，下至简单的 74 电路，上至高性能 CPU，都可以用 FPGA 来实现。FPGA 如同一张白纸或是一堆积木，工程师可以通过传统的原理图输入法，或是硬件描述语言自由的设计一个数字系统。

2.给FPGA供电

如果我们设计过任何类型的电子系统，我们可能已经使用过现场可编程门阵列 (FPGA)。FPGA 允许我们配置逻辑块，以无数种排列方式“连接在一起”以执行从复杂的组合功能到更简单的逻辑序列的各种任务，从而为系统设计引入了高度的定制化和灵活性。今天的 FPGA 越来越成为集成了模数转换器 (ADC) 和数模转换器 (DAC) 的“混合信号”芯片。它们还具有额外的信号调理和处理模块，可将它们转变为完整的片上系统 (SoC)，用于 4G/5G 无线基站、100 Gb 以太网交换机、高级驾驶辅助系统 (ADAS) 等终端设备应用，云企业存储，测试和测量，

随着负载调节变得越来越严格（最新的 FPGA 内核轨为 +/-3%，包括 DC 和 AC 调节和纹波），为 FPGA 供电可能具有挑战性。电源排序也可能很复杂，存在 10 个或更多电压轨。

我们必须在设计 FPGA 收发器电源解决方案时考虑到低输出噪声，将输出电压纹波限制在低于 10mV 峰峰值。

最重要的是，电源的热性能必须出色，才能在各种工作条件下实现可靠的电源设计。

使用UCD90120A 是一款 12 轨 PMBus/I2C 可寻址电源排序器和监视器。该器件集成了一个12位ADC，此ADC可监视多达 12个电源电压输入。 26个GPIO引脚可被用于电源启用，加电复位信号，外部中断，级联，或者其它系统功能。这些引脚中的12个引脚提供PWM功能。凭借这些引脚，UCD90120A 支持裕度调节以及通用 PWM 功能。

运用引脚选择电压轨状态功能可实现特定的电源状态。该功能允许使用多达3个GPI来启用和停用任意电压轨。对于执行系统低功耗模式及用于硬件设备的高级配置和电源接口 (ACPI) 规范而言，这一点是很有用处的。

这个TI的融合数字电源™设计人员软件用于器件配置。这款基于PC的图形用户界面 (GUI) 提供了一种用于配置，存储和监视所有系统操作参数的直观界面。

图 1 是带有相应 TI Designs 参考设计的Xilinx Virtex UltraScale FPGA 电源树，显示了 TI UCD90120A PMBus 定序器通过 PMBus 和 TI 的 Fusion Digital Power ™图形用户界面 (GUI)正确地对轨道进行上下排序的轨道。

如何为FPGA供电？

图 1：Xilinx Ultrascale Virtex FPGA TI 设计框图。

凭借 TI 广泛的电源产品，我们的电源设计服务团队不断为市场上可用的顶级 FPGA 开发优化的电源解决方案。

借助 1,400 多个TI Designs 电源参考设计，我们可以轻松筛选和选择用于 FPGA 电源的设计。只需单击 Power Parameter 搜索窗口中的为 FPGA 设计过滤器，即可查看当前在我们的 TI 设计参考设计库中的 33 种 FPGA 电源设计。我们可以进一步对结果表的每一列进行排序，并将整个列表导出到 Microsoft Excel；见图 2。

如何为FPGA供电？