分析和解決問題的負(fù)擔(dān)常常落在系統(tǒng)設(shè)計(jì)師的肩上。配置設(shè)計(jì)方案復(fù)雜的數(shù)字部分已經(jīng)占據(jù)了這些設(shè)計(jì)師的大部分精力。因此處理設(shè)計(jì)方案的模擬和電源部分就成了重要挑戰(zhàn)，因?yàn)殡娫床⒎侨绾芏嘣O(shè)計(jì)師所預(yù)期的那樣是個(gè)簡(jiǎn)單的任務(wù)。

在FPGA、GPU或ASIC控制的系統(tǒng)板上，僅有為數(shù)不多的幾種電源管理相關(guān)的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，但是由于要反復(fù)調(diào)試，所以這類挑戰(zhàn)可能使系統(tǒng)的推出時(shí)間嚴(yán)重滯后。不過，假如特定設(shè)計(jì)或類似設(shè)計(jì)已經(jīng)得到電源產(chǎn)品供應(yīng)商以及FPGA、GPU和ASIC制造商的驗(yàn)證，就可以防止很多電源和DC/DC調(diào)節(jié)問題。周全的電源管理從一開始就很有挑戰(zhàn)性所有設(shè)計(jì)任務(wù)一開始都很有挑戰(zhàn)性，例如為一個(gè)包含收發(fā)器、內(nèi)存模塊、傳感器、線路連接器以及網(wǎng)狀PCB走線和多層PCB平面的復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)電源管理方案。不過，雜亂無(wú)章地使用DC/DC穩(wěn)壓器、電容器、電感器、散熱器和其他散熱措施以及組件布局來(lái)應(yīng)對(duì)電源管理設(shè)計(jì)可能會(huì)導(dǎo)致后續(xù)設(shè)計(jì)問題。假如系統(tǒng)設(shè)計(jì)師匆忙決定選擇較差的解決方案，那么后來(lái)可能出現(xiàn)調(diào)試工作進(jìn)行不下去的情況。從哪里開始電源管理設(shè)計(jì)以一種系統(tǒng)化和考慮周全的設(shè)計(jì)方式，可以很有把握地開始任何電源管理電路的設(shè)計(jì)。換句話說，在PCB組裝之前，假如分析是準(zhǔn)確的，解決了電源管理相關(guān)的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，那么就可以簡(jiǎn)化電源管理電路的設(shè)計(jì)。另外，電源管理指南給出的電路經(jīng)過測(cè)試和驗(yàn)證，滿足FPGA、ASIC、GPU和微處理器以及采用這些及其他數(shù)字組件的系統(tǒng)之要求。利用經(jīng)過驗(yàn)證的電源管理解決方案設(shè)計(jì)電源管理電路，將確保項(xiàng)目從一開始就很有把握。這是讓設(shè)計(jì)方案從原型階段快速進(jìn)入生產(chǎn)階段的關(guān)鍵，因?yàn)檫@樣可以節(jié)省電源調(diào)試時(shí)間。一個(gè)很好的例子：給Arria10FPGA和Arria10SoC供電系統(tǒng)開發(fā)人員可以使用FPGA開發(fā)工具評(píng)估FPGA，而無(wú)須設(shè)計(jì)一個(gè)完整的系統(tǒng)。圖1和圖2顯示了Altera公司新的20nmArria10FPGA和Arria10SoC(片上系統(tǒng))開發(fā)電路板。這些電路板經(jīng)過Altera公司的測(cè)試和驗(yàn)證，列舉了有關(guān)布局、信號(hào)完整性和電源管理的最佳設(shè)計(jì)實(shí)踐。

圖1：Arria10GXFPGA開發(fā)套件電路板圖2：Arria10SoC開發(fā)套件電路板

面向內(nèi)核、系統(tǒng)和I/O的電源管理。面向Arria10等高端FPGA的電源管理解決方案應(yīng)該謹(jǐn)慎選擇。一個(gè)經(jīng)過精心計(jì)劃的電源管理設(shè)計(jì)可以減小PCB尺寸、減輕重量并降低復(fù)雜性，同時(shí)降低功耗和冷卻成本。這對(duì)優(yōu)化系統(tǒng)性能而言是必不可少的。例如，為圖1中Arria10GXFPGA的內(nèi)核供電的12VDC/DC穩(wěn)壓器供應(yīng)0.95V/105A，該DC/DC穩(wěn)壓器有幾個(gè)特點(diǎn)，對(duì)SoC的省電方法起到了補(bǔ)充作用：Arria10的SmartVID運(yùn)用DC/DC穩(wěn)壓器中集成的6位并聯(lián)VID接口來(lái)控制DC/DC穩(wěn)壓器，在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)情況下降低了FPGA功耗。DC/DC穩(wěn)壓器運(yùn)用DCR值非常低的電流檢測(cè)方法，通過最大限度降低電感器中的功耗，提高了效率。溫度補(bǔ)償在電感器溫度較高時(shí)保持準(zhǔn)確度或DCR值不變。表1概述了圖1所示Arria10開發(fā)套件電路板的電源軌和功能。該表列出了凌力爾特公司的器件，并描述了每種器件的功能。表1：圖1所示Arria10GXFPGA開發(fā)套件電路板的電源管理電路材料清單用LTpowerPlanner設(shè)計(jì)工具定制電源樹假如開發(fā)套件中列舉的設(shè)計(jì)不能滿足自己的電源要求怎么辦?在這種情況下，可以用基于PC的LTpowerPlanner工具來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電源樹的個(gè)性化和優(yōu)化。從開發(fā)套件中給出的建議著手然后容易地重新組織電源構(gòu)件、改變電源額定值、計(jì)算效率和功耗、仿真每個(gè)電源構(gòu)件、選擇DC/DC穩(wěn)壓器器件型號(hào)并驗(yàn)證定制解決方案。LTpowerPlanner用來(lái)產(chǎn)生滿足Arria10開發(fā)套件中FPGA要求及系統(tǒng)要求的電源樹(圖3)，是用途更廣泛的LTpowerCAD設(shè)計(jì)工具之一。

圖3：用于Arria10GXFPGA電路板(圖1)的電源樹。用LTpowerPlanner設(shè)計(jì)，該軟件是一款分析性和簡(jiǎn)便易用的初步設(shè)計(jì)工具以用來(lái)映射電源要求。

LTpowerCAD可幫助用戶：選擇具體的凌力爾特DC/DC穩(wěn)壓器，以與給定電源性能規(guī)格匹配選擇合適的電源組件(例如:電感器、電阻器和電容器)優(yōu)化效率和功耗優(yōu)化穩(wěn)壓器環(huán)路穩(wěn)定性、輸出阻抗和負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)將設(shè)計(jì)方案輸出到LTspice結(jié)論我們可以有把握地開始電源管理電路布局。使用LTPowerCAD和LTPowerPlanner這類工具，可以大大簡(jiǎn)化對(duì)負(fù)載點(diǎn)穩(wěn)壓器以及各部分分析結(jié)果的映射任務(wù)。為了舉例說明這些優(yōu)勢(shì)，本文采用了用于AlteraArria10FPGA和SoC以及其他AlteraFPGA(包括電源樹和材料清單)的開發(fā)套件設(shè)計(jì)指南。