当前位置：首页 > 技术资讯
现场可编程门阵列的供电原理介绍
发布时间:2015-11-04 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]
在传统电源结构中，AC/DC或DC/DC转换器位于一个地方，并提供多个输出电压，在整个系统内分配。这种设计称为集中式电源结构(CPA)，见图1。以高电流分配低电压时，铜线或PCB轨道会产生严重的电阻损耗，CPA就会发生问题。
CPA的替代方案是分布式电源结构(DPA)，见图2。采用DPA时，整个系统内仅分配一个半稳压的DC电压，各DC/DC转换器（线性或开关式）与各负载相邻。DPA中，DC共模电感参数/DC转换器与负载（例如FPGA）之间的距离近得多，因而线路电阻和配线电感引起的电压下降得以减小。这种为负载提供本地电源的方法称为负载点(POL)。
图1 集中式电源结构
图2 分布式电源结构
当一个逻辑器件从逻辑1切换到逻辑0时，或者从逻辑0切换到逻辑1时，包括电源的输出结构暂时变为低阻抗状态。每次转换均要求对信号线进行充电或放电，这就需要能量。旁路电容的功能是在本地储存能量，以提供转换所需的能量。
本地储存能量必须在较宽的频率范围内可用。低串联电感的非常小的电容用来为高频转换提供快速电流。高频电容能量耗尽之后，较大、较慢的电容继续提供电流。FPGA技术要求三种频率范围内的电容，即高、中、低电感器生产厂家频率范围。这些频率的跨度为1kHz至500MHz。
正确放置对于高频电容（1nF至100nF低电感陶瓷片式电容）非常重要；对于中频电容（10μF至100μF钽电容或陶瓷电容）和低频电容(>470μF)，这种重要性依次降低。之所以与放置有关，原因很简单：从电容引脚到FPGA电源引脚的路径电感必须尽可能低。这意味着该路径必须尽可能短，哪怕要穿过实体接地层或电源层。1英寸实心铜层的电感约为1nH，因此距离极为重要。旁路电容过孔必须直接下行至接地层或VCC层。
高频旁路电容，无论是在VCCINT还是VCCIO上，均应安装在相关VCC引脚的1厘米范围内；中频旁路电容则应安装在VCC引脚的3厘米范围内。低频旁路电容可以安装在合理范围内功率电感器的电路板上任意位置。当然，离FPGA越近越好。
较新的FPGA有输入/输出旁路要求，因此以前用于低速或低密度设计的电容类型可能无效。根据所用材料、结构和值的不同，旁路电容在整个频率范围内有不同的串联电抗。通过查看各种系列的数据手册，可以得知某些电容更适合当前所考虑的应用。
图3中显示了电容阻抗随频率的变化曲线。阻抗最小值位于电容的自谐振频率；超过此频率后，寄生引线电感在“电容”的电抗特性中占据主导地位。图中，业界标准型X7R单芯片、10nF陶瓷1206片式电容在50MHz时的阻抗为0.2Ω。然而，在500MHz时，该电容的阻抗约为3Ω。当有效阻抗增大，负载无法使用电容所储存的能量时，电容即无效。同时还必须考虑温度范围和老化效应。一些电容在室温时阻抗较低，但在极端温度时则表现不佳。当电容值较大（100nF至330nF）时，Z5U电容在高频时的ESR可能较低。不过，这种电容不宜在10℃以下使用。作为+20%、–80%额定器件，这种电容要求几乎两倍的设计值才能安全使用。选择旁路电容系列时，最好查看电容制造商的数据手册。
FPGA电源设计可能会涉及5A、10A甚至更高的电流在PCB走线中流动。当这种大电流存在并以开关模式（边沿陡峭）随时间变化时，显而易见，噪声、感应电压和电磁辐射(EMI)很可能出现，并可能导致电源工作异常。与配线电感相关的快速开关电流也可能会产生电压瞬变，并导致其它问题。为使电感和接地环路最小，传导高绕行电感电流的PCB走线应尽可能短。应采用接地层结构或单点接地，使外部元件尽可能靠近DC/DC转换器，以实现最佳效果。使用开口铁芯电感时，必须特别注意这种电感的位置和定位，避免电感通量与敏感的反馈接地路径和COUT配线相交。使用具有可调输出的开关稳压器或控制器时，应将反馈电阻和相关配线置于IC附近，并远离电感布置配线，尤其是开口铁芯式电感。铁氧体绕轴或铁棒电感具有从绕轴一端经空气到达另一端的磁力线。这些磁力线会在电感磁场范围内的所有导线或PC板铜走线中产生感应电压。铜走线中产生的电压量由以下因素决定：磁场强度、PC铜走线相对于磁场的方向和位置，以及铜走线与电感之间的距离。印刷输入文件格式与ISO 15930I S O国际印刷标准的实施过程中，从整个生产流程来讲，输入的文件格式审核是第一个环节。印前现在已经是完全数字化了，所以数字文件的标准化，对于文件的传递交换是非常有必要的。
基于ADSP21161的比相测距雷达跟踪控制系统设计连续波雷达具有测量精度高、设备简单等优点。连续波比相测距雷达继承了连续波雷达的固有优点,由于采用了FFT比相技术,不仅克服了一般连续波雷达测距困难的缺点,而且又便于利用现代信号处理的新技术。随着近年来
书籍的世界从晚明开始；中国经历了一个生产和消费书籍的浪潮。印刷出来的纸张被装订成册、盛函入匣穿行于不同的空间和社会阶层中。它们的轨迹昭示了更为宏大的社会、思想、经济和文化模
- 上一篇：白光LED应用中提升电池电压的方法
- 下一篇：CMMB移动数字电视终端设计
