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采用FPGA及ASIC需要考虑之电源管理问题
模拟学院专栏(6)

【作者: David Baba】2005年03月05日 星期六

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目前的电子产品市场竞争非常激烈,厂商都希望能在最短时间内将新产品推出市场,以致系统的设计周期越缩越短。在这个发展过程中,现场可程序门阵列(FPGA)及特殊应用集成电路(ASIC)的重要性越来越受到重视,因为新系统的多数重要功能需藉由此电路执行。对于使用FPGA芯片的系统而言,电源管理是特别需要慎重考虑的关键之一。为了提供FPGA芯片稳定的电源,全面审视系统的整体电源需求是必要的。同样的方式也适用于ASIC芯片。


由于系统的起始条件较为复杂,例如瞬时行为、开机、关机规格需求及其他因素,因此电源供应系统相对更加重要。依一般芯片的应用要求,电源必须绕过芯片,因此处理旁路或去耦时需要特别小心。(图一)所示的是能够满足FPGA芯片电源需求的典型电源管理系统。一般而言,FPGA芯片至少需要两组电压。一组是“核心”提供电源的电压(1.0~2.5伏特为其典型值),而另一个是输入/输出提升电源的电压(3.3伏特为其典型值)。也有许多FPGA芯片需要第三个低噪声、低涟波的电压,以便做为辅助电路电源。FPGA芯片所需的典型电压是2.5伏特或3.3伏特,但不同系列的FPGA芯片则有不同的电压需求。


这些电压所需之电源并非固定的,电流大小取决于应用条件,例如FPGA芯片的速度及使用率等。作业电流可以低至100mA,也可高至20A。以这些系统来说,输入电压通常比FPGA芯片所须的任何电压都要高,因此需降压并稳压。(图二)所示的是适用FPGA芯片最常采用的三款降压稳压器,分别是同步降压稳压器、异步降压稳压器及线性稳压器。为系统选用稳压器时,必须详细考虑系统的规格要求及稳压器的操作情况,以便互相配合。若要确保系统设计顺利,也需要一并考虑以下的问题。
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