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FPGA对DC-DC精度的要求是什么?

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发表于 2020-7-20 16:33 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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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。
) e8 c2 V; w, [& r+ y; A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 X$ r5 `8 O6 |, h3 }' |Arria10的core和transceiver数据手册上的供电要求(±30mV):
  `* S' v) J3 B2 [+ _6 m! t

8 {& v6 }$ \% n( M2 g( u

+ ^1 s* H' ]; T. \' K1 ~* H0 AStratix10的core和transceiver数据手册上的供电要求(±30mV):
9 q. O- i6 D& @  `( N0 l. c" l
' V2 J5 j1 s, r, C
如果Stratix10需要支持26.6G transceiver时,收发器供电精度要求 ±20mV以内:! o0 x! h- q" {5 R. `. F/ Z
, l' F7 Q9 h/ }% P; [) r
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。! m8 a& ^/ f- E' O' v8 S& A4 l4 a; A4 X
Kintek Ultrascale+的core和transceiver数据手册上的供电要求(±22mV):' d: q) I+ N! U* x: ~; t

1 A3 f! b, G8 R2 B3 B, P  L- Y
8 \/ d+ w0 O1 I3 x( D
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。1 g' J- ~& ~2 i, }# a
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。/ l* V0 n9 K% T/ {1 E/ }  o
电源的稳态直流精度及计算方法- K$ D2 _! Y7 Z+ P1 d9 N; }* y
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。
/ _/ ]& B& D( G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 `) t; \( e" T$ |( `5 ?正确的电源稳态直流精度的计算公式如下:
& j3 h; y( w4 R; o: x# e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。$ H, N& m! O5 |! Q, C+ i! x! J
高精度电源对减低FPGA功耗的作用
' C+ P8 \% v. k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。/ O" {  f# [7 y
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。
* Q9 o+ M  t+ j* I/ ~+ ]; x6 z8 G* t( D  c9 t, |: l1 V

6 c4 B; S/ _& I0 O8 G: f& z3 H

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发表于 2020-7-20 18:14 | 只看该作者
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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