转——电源设计

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转——电源设计

1.硬件环境  
8 i3 p7 s' d, t6 X) ^    Arrow SoC Kit   Quartus14.0
/ G( k$ Z$ a* z, q2. 设计概述
6 R  P3 ^( T% {6 W; x7 \    拿到了开发板之后，软件的安装和学习确实折腾了一番，能够换电脑，笔记本不行，买了个新的台式机再来，接着又更换操作系统。电脑准备就绪之后，我们三人兴趣小组中，刚开始我负责FPGA中Verilog HDL逻辑的设计与调试。后由于进度的安排，需要重新设计自己的一块SOC板子。我开始重操旧业，进行电路原理图的设计和PCB的绘制。
% b3 [+ W$ B" F    电路板的设计，电源部分的设计是首先要考虑的问题。需要考虑使用场合中输入电压，输出所需电流的问题。电源芯片的选取和电源电路的设计，将会对板子的可靠性和稳定性产生重要的影响，特别是在后期的调试过程中，一旦发现电源设计出现了问题，如输出电流不够等问题，将会对项目的进度产生很大的影响，很可能电路板需要重新制板设计。
) k4 V! r) T$ }  y1 O- w3 ^     当然，电源芯片自身消耗的功耗，即电源转换效率也是需要考虑的问题。在节能环保的今天，我们需要的是低功耗的产品。
# i) a: s0 {6 V5 g4 w; G     TI公司的网上关于Cyclone V的推荐的电源芯片很多，如LMZ31506RUQ等芯片，可支持12V电源电压直接输入，是一款不错的芯片。其它公司提供的电源芯片也比较多，可以供我们选择，包含Altera公司提供的 Enpirion系列电源芯片。经过我的查询和早起部分电源芯片的使用，发现给FPGA供电的低电压输出的模块主要是以LDO为主，这些LDO芯片具有输出噪声低，纹波小的特点。但是对于≥5V以上的外界电源输入场合，它们的自身消耗的功耗可就不太尽为人意，特别是当板子上所需电流增加的情况下。一般的LDO自身消耗的功耗随着输出电流的增加，自身损耗掉的功耗也是在迅猛增加的。
. K3 K+ {* v: N( C* q     我后来试用过电源芯片TPS75333，TPS75325等小型封装的电源芯片，都会发现同样困扰我的问题。电源自身的损耗是个比较大的问题。有些电源芯片在实际使用起来，转换效率觉得会比手册上面的低很多。
     在某些场合下，每个芯片输出一路电源，采用多个电源芯片给FPGA供电，无疑也会增加电路板的面积，这不符合电路板设计的小型化的发展趋势。
& m" |' Z) ~, `5 g4 u     某些情况下，板子上多个电源的上电顺序也是设计电路板时需要考虑的问题。
3.设计结果
- V' e6 @( `! \4 M  v    经过不断地选型，电源芯片系统的搭建和仿真，面包板上小型电源电路的验证。从宽输入电压范围、体积小、外围电路设计简单，输出电源电流大小，电源转换效率等方面进行考虑，最后选用了LINEAR公司的LTM4644芯片。
) k; B/ @+ H1 X. x; {      它一个芯片，就可以可配置 4A 输出阵列的四通道输出，便于减小电路板的面积；
      宽输入电压范围：4V 至 14V；
      每路输出电压范围可调，范围：0.6V 至 5.5V 输出电压
      每通道可提供 4A DC、5A 峰值输出电流
      可通过并联提供更高的输出电流
      提供过压、过流和过热保护
" \( @, ^6 O3 b      每路电源输出时间，也就是上电顺序，可以通过调节外接的电容大小来简单方便的实现
: u; g* A8 u! p6 l: v: K2 I      关键一点：该电源模块的转换效率高
* v3 g" U# G' R4. 电源部分电路已经设计了好几版电路，LTM4644是感觉运行最为良好的一块。
4 @- e% A: t* O* r  L   现在我设计的板子已经焊接好了，并且初步的FPGA逻辑电路已经配置运行起来。
! q: ]6 f2 x# j& B& A   给我最大的一个感觉就是，这个芯片实际中使用起来，转换效率高。

5. 如果大家有什么更好的电源部分电路的设计，可以一起讨论学习；
   当然，有什么更好的建议或者不同的见解也欢迎提出，我需要不断改进。

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