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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。
' b" ]+ _0 S5 A( y3 @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。
5 x- P9 p0 z3 \1 e) r; tArria10的core和transceiver数据手册上的供电要求（±30mV）：
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3 i; l, n5 {7 n! E- I G5 d3 c# P+ T6 e6 x
Stratix10的core和transceiver数据手册上的供电要求（±30mV）：
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) Q! E) `. ]5 e- f/ w7 W: M如果Stratix10需要支持26.6G transceiver时，收发器供电精度要求 ±20mV以内：
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& P5 o( N) ]8 zXilinx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。
~" R3 m; c8 PKintek Ultrascale+的core和transceiver数据手册上的供电要求（±22mV）：; r( t) G. d# Q) }$ E
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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。7 O" `; Q p T6 B4 F7 I
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。
+ p- `/ E2 n" b- D4 U电源的稳态直流精度及计算方法
) H& b9 k4 ]1 ~! |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。
# q$ ]4 S4 F/ _! m, B- Z7 e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。( M$ C' @- }( b; B. X ~
正确的电源稳态直流精度的计算公式如下：/ n7 k7 e! B9 f% t7 [' ?
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。; b9 k1 D5 B$ X) D- m0 b, Y
高精度电源对减低FPGA功耗的作用
T- L0 l( W$ o3 W6 C) h8 X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。
8 t. A* M" p. u9 _! R) C; r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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发表于 2020-7-20 16:33
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