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标题: FPGA对DC－DC精度的要求是什么？ [打印本页]
作者: StepPeng33    时间: 2020-7-20 16:33
标题: FPGA对DC－DC精度的要求是什么？
FPGA厂商不断采用更先进的工艺来降低器件功耗，提高性能，同时FPGA对供电电源的精度要求也越加苛刻，电压必须维持在非常严格的容限内，如果供电电压范围超出了规范的要求，就有会影响到FPGA的可靠性，甚至导致FPGA失效。1 r1 B0 n8 o' Y( s0 G; W
无论是Intel （Altera）FPGA还是Xilinx FPGA均在数据手册中明确提出了电源精度要求，其中要求最高的是内核和高速收发器的供电。举例来看，Intel公司的Cyclone V、Cyclone 10 GX、Arria10、Stratix 10的电源精度要求在±30mV以内。
4 U: |  w) D2 r0 mArria10的core和transceiver数据手册上的供电要求（±30mV）：
' x9 U- g& s' c( G1 c6 u& ?- I) Y/ O
1 h: |! f( s- R( U) \$ a* R
) P3 l7 A8 H$ A7 S' J- ]8 q6 I
Stratix10的core和transceiver数据手册上的供电要求（±30mV）：4 Q* F( A4 r5 `: n7 |

, G: P% ~4 m, G5 h1 o5 f% `+ m如果Stratix10需要支持26.6G transceiver时，收发器供电精度要求 ±20mV以内：
$ _$ f8 R- [1 i* N/ F

! r) l8 W8 T% Q  j" fXilinx公司的Artix 7、Kintex7、Virtex 7等器件电源精度要求也是在±30mV以内，KU+、VU+器件要求电源精度必须达到±22mV以内。
  O9 F7 v+ K7 eKintek Ultrascale+的core和transceiver数据手册上的供电要求（±22mV）：
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8 r& q7 p& j- H
) R( s4 G5 f) H$ n
由此可见，新一代FPGA的供电精度都在±20-30mv左右，已经是单板中对电源精度要求最为苛刻的器件之一了。
( ~* E& H) E7 Y( N7 [- X由于输出精度都是理论计算值，并没有考虑单板PCB布线和其他外部设备引入的干扰和误差，因此实际设计产品时，电源输出精度不但必须符合数据手册中的要求，还必须预留一定的余量，通常设计中，我们还会保留50%-100%余量，以保证系统长期可靠工作。
4 v  K# l/ i8 b6 T! X' G电源的稳态直流精度及计算方法
3 V$ s# s$ h. ^# C供电电源的稳态直流精度主要取决于两个因素：电压调整精度和输出电压纹波。这里有一个误区，很多工程师只通过DC-DC数据手册上的电压输出精度来判断器件是否符合要求，其实这是不正确的。
+ _0 ~- c2 [# f  x首先很多DC-DC需要外部反馈电阻来决定最终的输出电压，数据手册上的电压调整精度是指芯片本身的输出精度，并没有计算反馈电路引入的偏差。其次，器件数据手册上的电压输出精度并不包含输出电压纹波，必须将两者叠加计算才能得到正确的直流稳态精度。6 L' Z0 g7 R% a- G2 ^& X, c
正确的电源稳态直流精度的计算公式如下：$ _4 |: [1 v4 a4 r' B0 `3 j. f* j
电源直流稳态精度 =器件输出精度（这里要求全温度，全负载时的精度，很多器件手册只给出典型值，因此要小心)+ ? 纹波 + 外部反馈电阻精度引入的误差。+ v  @/ G- J+ o% E0 u
高精度电源对减低FPGA功耗的作用) W1 T" v7 D0 w- U( I  T* s+ B; c
除了电源精度影响整个系统的稳定性和可靠性，更高精度的电源还可以帮助我们降低系统功耗。1 Q* [8 G5 j- K# B) q
我们举一个例子，一个FPGA推荐的典型工作电压为0.85V，最高工作电压为0.88V，最低工作电压为0.82V， 假设供电DC-DC实际稳态直流精度是±30mV ，那么DC-DC必须正好工作在0.85V，如果电压更低，就会低于FPGA对电压下限的要求。
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作者: land    时间: 2020-7-20 18:14
Xilinx公司的Artix 7、Kintex7、Virtex 7等器件电源精度要求也是在±30mV以内，KU+、VU+器件要求电源精度必须达到±22mV以内



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