Как правильно делать систему питания для плис

Введение
Программируемые пользователем вентильные матрицы (Field-Programmable Gate Array, FPGA) ведут свою историю с 1985 года, когда сооснователи компании Xilinx Росс Фримен и Бернард Вандершмит изобрели первую коммерчески пригодную FPGA XC2064. Матрицы эволюционировали от программируемых постоянных запоминающих устройств и программируемых логических интегральных схем (*1)
С тех пор ресурсы, скорость и эффективность FPGA значительно улучшились, что
делает их идеальным решением для самого широкого спектра приложений, предназначенных для вычислений и обработки данных, особенно когда объем производства не оправдывает затраты на разработку специализированных интегральных схем ASIC (Application-Specific Integrated Circuit). FPGA продвинулись до такой степени, что нашли применение и в крупномасштабных развертываниях. Например, после успешного ускорения поисковой системы Bing с помощью FPGA в пилотной программе 2013 года компания Microsoft расширила использование серверов, оборудованных FPGA, вплоть до своих облачных центров обработки данных. Весьма перспективным направлением для применения FPGA являются ускорители и высокоскоростная обработка данных для нейронных сетей (*2).

Требования к системе питания FPGA
FPGA нельзя отнести к простым компонентам, кроме программирования для современных FPGA; в виду их специфики, как правило, необходимо несколько различных низковольтных шин питания, каждая со своими требованиями в части напряжения и тока. Они используются для питания внутренней логики ядра FPGA, схем ввода/вывода (I/O), вспомогательной логики,
трансиверов и встроенной памяти. Эти шины, чтобы избежать повреждения FPGA, обычно
должны включаться и выключаться в определенной последовательности.
Что касается непосредственной организации питания, оптимальным решением здесь
является технология Point-of-Load, то есть «питания в нагрузку», или сокращенно PoL, когда стабилизаторы напряжения понижают более высокое входное напряжение основной или промежуточной шины питания платы до нескольких более низких напряжений, требуемых непосредственно самой FPGA. Если эффективность преобразования мощности имеет первостепенное значение, а оно так и есть в большинстве случаев, то используются импульсные стабилизаторы напряжения, тогда как линейные стабилизаторы, например с малым собственным падением напряжения — LDO (Low Dropout), применяются уже для чувствительных к шуму
схем, таких как фазовая автоподстройка частоты (ФАПЧ), АЦП и приемопередатчики. В этом случае линейные стабилизаторы играют роль не только источников питания, но и фильтров.
Типичные входные напряжения платы составляют 5, 12, 24 и 48 В, в то время как напряжение на шинах FPGA находится в пределах >1–3 В. Соответственно, для высоких входных напряжений (12, 24 и 48 В) понадобится дополнительное ступенчатое снижение, которое может потребоваться для формирования напряжения промежуточной шины, питающей непосредственно стабилизаторы напряжения системы PoL (рис. 1).

После прочтения этого длинного списка неотложных, подлежащих обсуждению вопросов и решению проблем, голова может пойти кругом, и это мы еще не обсуждали управление неисправностями. А вопросов, требующих анализа и соответствующего решения, тут немало. Например, что должно произойти, если на выходе PoL мы вдруг нежданно-негаданно имеем недопустимо пониженное или повышенное напряжение, то есть оно окажется за пределами определенного для FPGA диапазона питающего напряжения? Должен ли быть отключен только
неисправный источник питания или отключены и все другие источники питания? Как отладить ошибку, которая вот так вырубила плату?
Как мы видим, управление системой питания FPGA может очень быстро усложниться, отвлекаясь от ее основного назначения. Кроме того, FPGA не существует сама по себе — это элемент упрощения основного решения. Соответственно, распределенное питание, которое мы применяем для FPGA, — лишь часть всей системы питания на плате цифровой обработки. Большинство вышеперечисленных требований применяется и к другим цифровым устройствам,
таким как ASIC, цифровые сигнальные процессоры (DSP), графические ускорители, системы на кристаллах (SoC), микропроцессоры, и не только. А значит, здесь для управления системой питания понадобится простое, масштабируемое и гибкое решение. Как выход — цифровая система управления питанием.

Цифровое управление питанием
Для работы со сложными системами электропитания, установленными на платах цифровой обработки, компания ADI предлагает набор устройств для организации цифровой системы управления электропитанием (Digital Power System Management, DPSM). Устройства DPSM доступны с уже интегрированным преобразованием напряжения постоянного тока (DC/DC-преобразователями) и без него, для замены стабилизаторов напряжения PoL или для работы с существующими PoL-стабилизаторами. Чистая система контроля питания, то есть без преобразования постоянного тока в цифровой, добавляет цифровой контроль и управление к любой существующей аналоговой системе электропитания, будь то импульсные DC/DC-преобразователи или линейные LDO-стабилизаторы. Лишь одно устройство, такое как LTC2980 [2] от компании ADI, подстраивает напряжения, осуществляет мониторинг напряжения/тока и маржирование напряжения, обеспечивает безопасный интервал, отслеживает его, задает последовательность включения/выключения, контролирует, ведет журнал учета отклонений
и отслеживает системные ошибки шестнадцати PoL-стабилизаторов напряжения. Устройства с разным количеством каналов (2, 4, 8 или 16 каналов) могут работать совместно и быть согласованы для управления сотнями шин. Двухканальный LTC2972 [3] является последним дополнением к этому портфолио, предоставляя наиболее простое, но полнофункциональное решение для мониторинга и управления двумя наиболее критическими шинами в такой системе питания, как, например, шина питания ядра FPGA и шина питания ее вспомогательной логики.

Двухканальная микросхема управления электропитанием
Микросхема LTC2972 — это двухканальный диспетчер систем электропитания, добавляющий к системам питания FPGA, ASIC и процессорных плат всесторонний программный мониторинг, управление и регистрацию неисправностей по типу «черного ящика». Использование LTC2972 в системе питания ускоряет выход на рынок конечного продукта, а также повышает надежность
конечной системы и оптимизирует ее потребление энергии (рис. 4).

Выходные напряжения питания технологии PoL подстраиваются, измеряются и отслеживаются с помощью лучшего в своем классе 16‑разрядного АЦП с общей нескорректированной ошибкой, не превышающей 0,25%, что увеличивает надежность и долгосрочную производительность системы.
Способность подстройки выходного напряжения PoL до уровня в ±0,25% от заданного предоставляет больший запас по допустимым отклонениям во время переходных процессов, связанных с изменением нагрузки (±2,75% для спецификации шины FPGA, требующей типовых ±3%). Это значительно уменьшает необходимую емкость конденсатора шины и освобождает место на печатной плате. Выходные токи питания измеряются с помощью резистора или собственного сопротивления силового дросселя по постоянному току — DCR, выполняющих роль
датчика тока или с выхода IMON источника питания. Полученные значения напряжения и тока умножаются внутри LTC2972, что обеспечивает удобное считывание выходной мощности
PoL-стабилизаторов.
Еще одним важным моментом может быть требуемая определенная последовательность подачи и снятия напряжений. Эта опция вместе с контролем уровней и регистрация ошибок встроена в электрически стираемую программируемую постоянную память (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory, EEPROM). предусмотренную в LTC2972. Последовательность
выполняется с задержками по времени, записанными во внутренний регистр, или с каскадными сигналами по флагу Power Good, показывающему, что очередное напряжение на шине уже находится в заданных пределах. О сбоях, когда входное напряжение для PoL-стабилизаторов напряжения или их выходное напряжение, а также температура отклоняются от заданных цифровым образом нижних и верхних допустимых значений, сигнализируют специально назначенные быстродействующие компараторы. Отказы запускают запись в «черный ящик» EEPROM, что упрощает их последующий анализ и обеспечивает понимание того, как ваша система
может быть улучшена в дальнейшем. Уже самая первая, единичная команда отказа обеспечивает дополнительное понимание причин сбоя системы. При этом отказ одного источника питания может должным образом изменить поведение других источников питания или других устройств DPSM.
Как уже было сказано, микросхема LTC2972 обеспечивает мониторинг напряжения, тока,
мощности и расхода энергии между входами промежуточной шины и преобразователями технологии PoL. Контроль общего энергопотребления, в том числе и энергопотребления печатных плат, является необходимым условием для управления, оптимизации и сокращения потребления энергии с целью снижения затрат на охлаждение серверов и центров обработки данных, ну и конечно, уменьшения сумм в счетах на ее оплату. Использование LTC2972 освобождает хост
от обременительных опросов и вычислений путем удобного предоставления входной энергии, указанной в джоулях, и истекшего времени через интерфейс PMBus, который является отраслевым стандартом для связи с устройствами управления питанием и преобразования мощности. В сочетании с цифровыми измерениями выходных напряжений, токов и мощности источников питания технологии PoL LTC2972 позволяет осуществлять долгосрочный мониторинг эффективности преобразования мощности всей энергосистемы конечного приложения.
Программируемый источник питания или универсальный вход/выход (General-Purpose Input/Output, GPIO) доступны для каждого канала. А для координации последовательности и устранения неисправностей более чем двух шин LTC2972 соединяется с другими микросхемами
управления питанием общей энергосистемы. Для гибкого программирования и считывания данных энергосистемы используются PMBus-совместимые команды через интерфейс I2C/SMBus. Конфигурирование осуществляется через среду разработки LTpowerPlay, которая поддерживает все продукты DPSM от Analog Devices [5, 6].
LTpowerPlay представляет собой мощную среду разработки на базе Windows, которая
поддерживает устройства управления системой питания (Power System Management, PSM) компании Analog Devices и позволяет решать множество различных задач, таких как использование для оценки работы микросхем Analog Devices с подключением к системе демонстрационной платы и в автономном режиме (без использования аппаратного обеспечения) для создания учитывающего несколько микросхем файла конфигурации, который можно сохранить и перезагрузить позже. Он также предоставляет эффективные функции диагностики
и отладки и послужит ценным диагностическим инструментом во время тестирования платы, настройки схемы управления питанием или диагностики проблем с питанием при его включении.
Пример использования LTpowerPlay для управления питанием применительно к целям настоящей статьи приведен на рис. 5.

Как только внутренняя EEPROM запрограммирована с необходимой конфигурацией для конкретного приложения, для автономной работы больше не потребуется какого-либо программного кодирования.

Заключение
Программируемые пользователем вентильные матрицы FPGA находят применение во всех больших типах электронных систем, в ряде приложений принимая на себя даже работу ASIC. Но они нуждаются в сложной системе питания и, соответственно, ее мониторинге и управлении. В ответ на эти вызовы компания Analog Devices предлагает широкий спектр продуктов DPSM, предназначенных для того, чтобы помочь справиться с этой сложной задачей на современном
уровне. Если вы никогда раньше не пробовали на практике использовать рассмотренную в предлагаемой статье прогрессивную технологию цифрового управления питанием, то микросхема LTC2972 и станет тем простым в применении устройством, которое поможет вам освоить ее и выйти на новый уровень снижения сложности управления распределенной системой питания на платах цифровой обработки.
Программа технического сотрудничества компании Analog Devices позволяет заказчикам упростить подключение быстродействующих и прецизионных преобразователей данных, ВЧ ИМС и других компонентов Analog Devices к FPGA и микропроцессорам. Совместно с ключевыми производителями отрасли компания стремится к упрощению проектов для FPGA, предлагая полнофункциональные типовые проекты и средства проектирования, в том числе коды HDL,
драйверы устройств и готовые примеры проектов, которые позволяют быстро создавать
прототипы и сократить цикл разработки. Ознакомиться с типовыми решения, совместимыми с FPGA и процессорами можно по ссылке [4]. n

Литература
1. Sachdev P. FPGA Power System Management.
www.analog.com/ru/design-notes/fpga-powersys-mgmt.html
2. LTC2980 16‑Channel PMBus Power System Manager.
www.analog.com/ru/products/ltc2980.html
3. LTC2972 2‑Channel PMBus Power System Manager Featuring Programmable Power Good Outputs.
www.analog.com/ru/products/ltc2972.html
4. Типовые решения, совместимые с FPGA и процессорами.
www.analog.com/ru/design-center/reference-designs/fpga-compatible-referencedesigns.html
5. LTpowerPlay. www.analog.com/ru/design-center/ltpower-play.html
6. Сачдев П. Программное управление аппаратной частью системы питания // Компоненты и технологии. 2014. № 9.

(*1) От последних за ними в русскоязычной технической литературе так и закрепилось не вполне соответствующая текущей действительности аббревиатура ПЛИС, поэтому далее по тексту — FPGA.
(*2) Для переводчика данной статьи одним из успешных проектов, основанных на использовании FPGA, был оригинальный видеоадаптер человеко-машинного интерфейса. Применение FPGA освободило ресурсы процессора и аппаратную часть общего решения.

Как правильно делать систему питания для плис

/>14 июля
Тема:Способы уменьшения размера памяти страниц форума
От:petrov

/>14 июля
Тема:Способы уменьшения размера памяти страниц форума
От:petrov

—>

Другие известные форумы и сайты по электронике

все что посвящено электронике и общению специалистов. реклама других ресурсов.

Магазины
Форумы и конференции
Производители
Информационные ресурсы
Поисковики
FTP-серверы

/>7 часов назад
Тема:Куда пропал доступ к www.ti.com
От:UART

/>7 часов назад
Тема:Куда пропал доступ к www.ti.com
От:UART

—>

В помощь начинающему

вопросы начального уровня

Модераторы раздела VAI aosp SergM fill vetal KRS Alexandr des00 Uladzimir Rst7 iosifk ViKo Herz l1l1l1 Tanya Сергей Борщ Omen_13 Vasily_ Егоров Walrus

ARM, 32bit
MCS51, AVR, PIC, STM8, 8bit
Программирование
Схемотехника
Интерфейсы

/>3 часа назад
Тема:STM32F407 и его толерантные к 5В входы
От:firstvald

/>3 часа назад
Тема:STM32F407 и его толерантные к 5В входы
От:firstvald

—>

International Forum

This is a special forum for English spoken people, read it first.

/>14 мая
От:byRAM

/>14 мая
От:byRAM

—>

Образование в области электроники

все что касается образования, процесса обучения, студентам, преподавателям.

Модераторы раздела des00

/>20 июля
Тема:Защита электроники от статики, промышленных элек…
От:Unicorn

/>20 июля
Тема:Защита электроники от статики, промышленных элек…
От:Unicorn

—>

Обучающие видео-материалы и обмен опытом

Обсуждение вопросов создания видео-материалов

Модераторы раздела iosifk

/>17 февраля
Тема:Dilduino
От:k155la3

/>17 февраля
Тема:Dilduino
От:k155la3

Cистемный уровень проектирования

Последнее сообщение

—>

Вопросы системного уровня проектирования

Применение MATLAB, Simulink, CoCentric, SPW, SystemC ESL, SoC

Модераторы раздела Rst7

/>12 июля
Тема:Графика в матлабе
От:_sda

/>12 июля
Тема:Графика в матлабе
От:_sda

—>

Математика и Физика

Модераторы раздела Rst7

/>15 июля
Тема:Численная реализация МНК
От:amaora

/>15 июля
Тема:Численная реализация МНК
От:amaora

—>

Операционные системы

Linux, Win, DOS, QNX, uCOS, eCOS, RTEMS и другие

Модераторы раздела Rst7

Программирование
Linux
uC/OS-II
scmRTOS
FreeRTOS
Android

/>14 июля
Тема:Финальная версия Chrome/Chromium для Windows 7
От:Pupkin

/>14 июля
Тема:Финальная версия Chrome/Chromium для Windows 7
От:Pupkin

—>

Документация

оформление документации и все что с ней связано

Модераторы раздела Rst7

/>Вторник в 02:04
Тема:Вопрос про УГО
От:Kiber99

/>Вторник в 02:04
Тема:Вопрос про УГО
От:Kiber99

—>

Системы CAD/CAM/CAE/PLM

обсуждение САПР AutoCAD, Компас, SolidWorks и др.

/>5 февраля
Тема:Ошибка установки Solidworks
От:baumanets

/>5 февраля
Тема:Ошибка установки Solidworks
От:baumanets

—>

Разработка цифровых, аналоговых, аналого-цифровых ИС

Модераторы раздела Rst7

/>Понедельник в 10:10
Тема:Отечественный аналог AD9361/AD9364
От:_4afc_

/>Понедельник в 10:10
Тема:Отечественный аналог AD9361/AD9364
От:_4afc_

—>

Электробезопасность и ЭМС

Обсуждение вопросов электробезопасности и целостности сигналов

Модераторы раздела Rst7

ЭМС
Электробезопасность

/>13 июля
Тема:Плавкие предохранители: на каком времени нормиру…
От:Arlleex

/>13 июля
Тема:Плавкие предохранители: на каком времени нормиру…
От:Arlleex

—>

Управление проектами

Управление жизненным циклом проектов, системы контроля версий и т.п.

Модераторы раздела Rst7

/>30 октября, 2022
Тема:Как тестировать разработанную электронику и встр…
От:KBH

/>30 октября, 2022
Тема:Как тестировать разработанную электронику и встр…
От:KBH

—>

Нейронные сети и машинное обучение (NN/ML)

Форум для обсуждения вопросов машинного обучения и нейронных сетей

Модераторы раздела Rst7

/>28 июня
Тема:Модуль на VHDL кусочно-линейной (семь участков) …
От:Мур

/>28 июня
Тема:Модуль на VHDL кусочно-линейной (семь участков) …
От:Мур

Программируемая логика ПЛИС (FPGA,CPLD, PLD)

Последнее сообщение

—>

Среды разработки — обсуждаем САПРы

Quartus, MAX, Foundation, ISE, DXP, ActiveHDL и прочие.
возможности, удобства.

Модераторы раздела vetal />des00 />

/>Пятница в 14:41
Тема:Gowin EDA — релизы и общие вопросы
От:_4afc_

/>Пятница в 14:41
Тема:Gowin EDA — релизы и общие вопросы
От:_4afc_

—>

Работаем с ПЛИС, области применения, выбор

на чем сделать? почему не работает? кто подскажет?

Модераторы раздела vetal />des00 />

/>11 часов назад
Тема:SYSREF для IP-CORE JESD204B
От:CF755

/>11 часов назад
Тема:SYSREF для IP-CORE JESD204B
От:CF755

—>

Языки проектирования на ПЛИС (FPGA)

Verilog, VHDL, AHDL, SystemC, SystemVerilog и др.

Модераторы раздела aosp vetal des00

/>Вторник в 08:25
Тема:Допилить передачу VHDL FT601
От:Worldmaster

/>Вторник в 08:25
Тема:Допилить передачу VHDL FT601
От:Worldmaster

—>

Системы на ПЛИС — System on a Programmable Chip (SoPC)

разработка встраиваемых процессоров и периферии для ПЛИС

Модераторы раздела vetal des00 Omen_13

/>6 часов назад
Тема:MicroBlaze MCS не компилирует
От:1891ВМ12Я

/>6 часов назад
Тема:MicroBlaze MCS не компилирует
От:1891ВМ12Я

Цифровая обработка сигналов — ЦОС (DSP)

Последнее сообщение

—>

Сигнальные процессоры и их программирование — DSP

Обсуждение различных сигнальных (DSP) процессоров, возможностей, совместимости и связанных с этим тем.

Модераторы раздела des00

/>18 июля
Тема:Драйвера и софт для SUP 2000 от SoftBaugh
От:pavel1991

/>18 июля
Тема:Драйвера и софт для SUP 2000 от SoftBaugh
От:pavel1991

—>

Алгоритмы ЦОС (DSP)

Обсуждение вопросов разработки и применения (программирования) алгоритмов цифровой обработки сигналов.

Модераторы раздела des00

/>19 июля
Тема:Подавление акустической обратной связи в система…
От:repstosw

/>19 июля
Тема:Подавление акустической обратной связи в система…
От:repstosw

Микроконтроллеры (MCU)

Последнее сообщение

—>

Cредства разработки для МК

FAQ, How-to, тонкости работы со средствами разработки

Модераторы раздела haker_fox

IAR
Keil
GNU/OpenSource средства разработки

/>Вторник в 12:42
Тема:Ошибки Error: L6218E: Undefined symbol
От:Olmsky

/>Вторник в 12:42
Тема:Ошибки Error: L6218E: Undefined symbol
От:Olmsky

—>
Модераторы раздела haker_fox

STM
NXP
Microchip (Atmel)
TI, Allwinner, GigaDevice, Nordic, Espressif и другие

/>3 часа назад
Тема:stm32 Cube IDE обновление 1.13.
От:Obam

/>3 часа назад
Тема:stm32 Cube IDE обновление 1.13.
От:Obam

—>

RISC-V

Микроконтроллеры на базе ядер RISC-V, RISC-X

Модераторы раздела haker_fox

/>19 июля
Тема:Таблица векторов прерываний
От:makc

/>19 июля
Тема:Таблица векторов прерываний
От:makc

—>
Модераторы раздела haker_fox

/>Понедельник в 02:21
Тема:Чтение блока данных с SDHC карты по интерфейсу S…
От:Romeo13Cs

/>Понедельник в 02:21
Тема:Чтение блока данных с SDHC карты по интерфейсу S…
От:Romeo13Cs

—>

MSP430

Модераторы раздела VAI />haker_fox />

/>23 июня
Тема:Ghidra для MSP430
От:Aries

/>23 июня
Тема:Ghidra для MSP430
От:Aries

—>

Все остальные микроконтроллеры

и все что с ними связано

Модераторы раздела haker_fox

PIC
MCS51
PowerQUICC
HC(S)08
AVR32
STM8
MIPS

/>Понедельник в 21:59
Тема:Silabs. Копирование прошивки.
От:Obam

/>Понедельник в 21:59
Тема:Silabs. Копирование прошивки.
От:Obam

—>

Отладочные платы

Вопросы, связанные с отладочными платами на базе МК: заказ, сборка, запуск

Модераторы раздела haker_fox

Arduino
Raspberry Pi
Rainbow
Siberia
EVMxxxx

/>23 июня
Тема:China-Link, Вариант отладчика из Китая
От:nibelung

/>23 июня
Тема:China-Link, Вариант отладчика из Китая
От:nibelung

Печатные платы (PCB)

Последнее сообщение

—>

Разрабатываем ПП в САПР — PCB development

FAQ, вопросы проектирования в ORCAD, PCAD, Protel, Allegro, Spectra, DXP, SDD, WG и др.

Модераторы раздела SergM />fill />

Библиотеки компонентов
Altium Designer, DXP, Protel
P-CAD 200x howto
Эремекс, Delta Design
Cadence
Примеры
Zuken CADSTAR
Siemens EDA — Xpedition, PADS (ex. Mentor)
Бесплатные САПР: KiCAD, EasyEDA, EAGLE и др.

/>5 часов назад
Тема:1 компонент для одного типоразмера всех номинало…
От:Uladzimir

/>5 часов назад
Тема:1 компонент для одного типоразмера всех номинало…
От:Uladzimir

—>

Работаем с трассировкой

тонкости PCB дизайна, от Spectra и далее.

Модераторы раздела fill

/>9 июля
Тема:Вопрос по трассировке
От:Uladzimir

/>9 июля
Тема:Вопрос по трассировке
От:Uladzimir

—>

Изготовление ПП — PCB manufacturing

Фирмы, занимающиеся изготовлением, качество, цены, сроки

Модераторы раздела fill

ПСБ Технолоджи
ТеПро
PS-Electro
Резонит
PCB Professional
Абрис
ОАО "НИЦЭВТ"
ООО "М-Плата"
в домашних условиях

/>13 июля
Тема:Обсуждение Резонит
От:Siv21

/>13 июля
Тема:Обсуждение Резонит
От:Siv21

Сборка РЭУ

Последнее сообщение

—>

Пайка и монтаж

вопросы сборки ПП, готовых изделий, а также устранения производственных дефектов

/>Суббота в 11:24
Тема:Печь для пайки SMD T-962
От:ZodiaK

/>Суббота в 11:24
Тема:Печь для пайки SMD T-962
От:ZodiaK

—>

Корпуса

обсуждаем какие есть копруса, где делать и прочее

/>18 июля
Тема:Разница между TSSOP-8 и SOIC-8
От:gerber

/>18 июля
Тема:Разница между TSSOP-8 и SOIC-8
От:gerber

—>

Вопросы надежности и испытаний

расчеты, методики, подбор компонентов

/>19 марта
Тема:Поверка контрольно-измерительного оборудования
От:HardEgor

/>19 марта
Тема:Поверка контрольно-измерительного оборудования
От:HardEgor

Аналоговая и цифровая техника, прикладная электроника

Последнее сообщение

—>

Вопросы аналоговой техники

разработка аналоговых схем, моделирование схем в SPICE, расчёты и анализ, выбор элементной базы

Модераторы раздела Alexandr rloc ViKo Tanya Егоров

/>7 часов назад
Тема:Выбор опорного напряжения и схемы обвязки АЦП пр…
От:UART

/>7 часов назад
Тема:Выбор опорного напряжения и схемы обвязки АЦП пр…
От:UART

—>

Цифровые схемы, высокоскоростные ЦС

High Speed Digital Design

Модераторы раздела rloc

/>5 июля
Тема:XDS110 EnergyTrace: TMDSEMU110-ETH нужна схема
От:UART

/>5 июля
Тема:XDS110 EnergyTrace: TMDSEMU110-ETH нужна схема
От:UART

—>

RF & Microwave Design

wireless технологии и не только

Модераторы раздела rloc />l1l1l1 />

/>4 часа назад
Тема:Еще раз — про маленькие китайские усилочки
От:rloc

/>4 часа назад
Тема:Еще раз — про маленькие китайские усилочки
От:rloc

—>

Метрология, датчики, измерительная техника

Все что связано с измерениями: измерительные приборы (осциллографы, анализаторы спектра и пр.), датчики, обработка результатов измерений, калибровка, технологии измерений и др.

Модераторы раздела rloc ViKo Tanya

/>19 часов назад
Тема:лазерный дальномер
От:spirit_1

/>19 часов назад
Тема:лазерный дальномер
От:spirit_1

—>

АВТО электроника

особенности электроники любых транспортных средств: автомашин и мотоциклов, поездов, судов и самолетов, космических кораблей и летающих тарелок.

Модераторы раздела rloc />Vasily_ />

/>2 июля
Тема:Провод для автомобильного компрессора
От:byRAM

/>2 июля
Тема:Провод для автомобильного компрессора
От:byRAM

—>

Умный дом

Модераторы раздела rloc

/>18 апреля
Тема:Анализ Яндекс Станции
От:jcxz

/>18 апреля
Тема:Анализ Яндекс Станции
От:jcxz

—>

3D печать

3D принтеры, наборы, аксессуары, ПО

Модераторы раздела rloc

/>5 июля
Тема:Демонстрация работы моего 3D-принтера
От:vov4ick

/>5 июля
Тема:Демонстрация работы моего 3D-принтера
От:vov4ick

—>

Робототехника

Модели, классификация, решения, научные исследования, варианты применения

Модераторы раздела rloc

/>28 июня
Тема:Минималистичный Форт компьютер на TTL логике (ди…
От:KPG

/>28 июня
Тема:Минималистичный Форт компьютер на TTL логике (ди…
От:KPG

—>

Ремонт и отладка

обсуждение вопросов ремонта и отладки различных устройств и готовых изделий

Модераторы раздела rloc />Herz />

/>20 июля
Тема:Ремонт осциллограф Rigol DS1074Z
От:ded2016

/>20 июля
Тема:Ремонт осциллограф Rigol DS1074Z
От:ded2016

Силовая электроника — Power Electronics

Последнее сообщение

—>

Силовая Преобразовательная Техника

Источники питания электронной аппаратуры, импульсные и линейные регуляторы. Топологии AC-DC, DC-DC преобразователей (Forward, Flyback, Buck, Boost, Push-Pull, SEPIC, Cuk, Full-Bridge, Half-Bridge). Драйвера ключевых элементов, динамика, алгоритмы управления, защита. Синхронное выпрямление, коррекция коэффициента мощности (PFC)

Модераторы раздела Herz />Егоров />

/>18 июля
Тема:Помогите определиться со схемой инверторного ста…
От:MPetrovich

/>18 июля
Тема:Помогите определиться со схемой инверторного ста…
От:MPetrovich

—>

Обратная Связь, Стабилизация, Регулирование, Компенсация

Организация обратных связей в цепях регулирования, выбор топологии, обеспечение стабильности, схемотехника, расчёт

Модераторы раздела Herz />Егоров />

/>11 июля
Тема:Писк трансформатора Flyback при малой нагрузке
От:UART

/>11 июля
Тема:Писк трансформатора Flyback при малой нагрузке
От:UART

—>

Первичные и Вторичные Химические Источники Питания

Li-ion, Li-pol, литиевые, Ni-MH, Ni-Cd, свинцово-кислотные аккумуляторы. Солевые, щелочные (алкалиновые), литиевые первичные элементы. Применение, зарядные устройства, методы и алгоритмы заряда, условия эксплуатации. Системы бесперебойного и резервного питания

Модераторы раздела Herz />Егоров />

/>28 июня
Тема:13s4p лития титанат 160А спроектировать балансир
От:Plain

/>28 июня
Тема:13s4p лития титанат 160А спроектировать балансир
От:Plain

—>

Высоковольтные Устройства — High-Voltage

Высоковольтные выпрямители, умножители напряжения, делители напряжения, высоковольтная развязка, изоляция, электрическая прочность. Высоковольтная наносекундная импульсная техника

Модераторы раздела Herz

/>23 часа назад
Тема:Защита и регулировка входа осциллографа от высок…
От:ded2016

/>23 часа назад
Тема:Защита и регулировка входа осциллографа от высок…
От:ded2016

—>

Электрические машины, Электропривод и Управление

Электропривод постоянного тока, асинхронный электропривод, шаговый электропривод, сервопривод. Синхронные, асинхронные, вентильные электродвигатели, генераторы

Модераторы раздела Herz

/>Суббота в 17:28
Тема:Запуск асинхронного двигателя с помощью ЛАТР
От:khach

/>Суббота в 17:28
Тема:Запуск асинхронного двигателя с помощью ЛАТР
От:khach

—>

Индукционный Нагрев — Induction Heating

Технологии, теория и практика индукционного нагрева

Модераторы раздела Herz

/>30 мая
Тема:Какое может быть количество индукторов для индук…
От:Лапух

/>30 мая
Тема:Какое может быть количество индукторов для индук…
От:Лапух

—>

Системы Охлаждения, Тепловой Расчет – Cooling Systems

Охлаждение компонентов, систем, корпусов, расчёт параметров охладителей

Модераторы раздела Herz

/>30 июня
Тема:Сравнение экспериментальных данных с расчетом
От:ChristinaChadzynski

/>30 июня
Тема:Сравнение экспериментальных данных с расчетом
От:ChristinaChadzynski

—>

Моделирование и Анализ Силовых Устройств – Power Supply Simulation

Моделирование силовых устройств в популярных САПР, самостоятельных симуляторах и специализированных программах. Анализ устойчивости источников питания, непрерывные модели устройств, модели компонентов

Модераторы раздела Herz />Егоров />

/>27 июня
Тема:Модель источника питания драйверов + датчика ток…
От:SAVC

/>27 июня
Тема:Модель источника питания драйверов + датчика ток…
От:SAVC

—>

Компоненты Силовой Электроники — Parts for Power Supply Design

Силовые полупроводниковые приборы (MOSFET, BJT, IGBT, SCR, GTO, диоды). Силовые трансформаторы, дроссели, фильтры (проектирование, экранирование, изготовление), конденсаторы, разъемы, электромеханические изделия, датчики, микросхемы для ИП. Электротехнические и изоляционные материалы.

Модераторы раздела Herz />Егоров />

/>13 часов назад
Тема:Соединители аналоги СНЦ23
От:byRAM

/>13 часов назад
Тема:Соединители аналоги СНЦ23
От:byRAM

Интерфейсы

Последнее сообщение

—>

Форумы по интерфейсам

все интерфейсы здесь

ISDN/G.703/E1
ISA/PCI/PCI-X/PCI Express
Wireless/Optic
RS232/LPT/USB/PCMCIA/FireWire
Fast Ethernet/Gigabit Ethernet/FibreChannel
Интерфейсы для "интеллектуального дома"
от ТТЛ до LVDS здесь
IDE/ATA/SATA/SAS/SCSI/CF
Аудио/Видео интерфейсы
Сотовая связь и ее приложения
FAQ по XPort/WiPort
Controller Area Network (CAN)

/>Вторник в 20:15
Тема:USB 3 и USB Type-C
От:Vasily_

/>Вторник в 20:15
Тема:USB 3 и USB Type-C
От:Vasily_

Поставщики компонентов для электроники

Последнее сообщение

—>

Поставщики всего остального

от транзисторов до проводов

/>4 июля
Тема:Ищу основного поставщика вместо Электронщика.
От:vervs

/>4 июля
Тема:Ищу основного поставщика вместо Электронщика.
От:vervs

—>

Компоненты

Закачка тех. документации, обмен опытом, прочие вопросы.

Тех. документация
Микросхемы
Транзисторы
Диоды
Резисторы
Средства индикации

/>19 июля
Тема:Отечественный разъем для Ethernet канала
От:sio83

/>19 июля
Тема:Отечественный разъем для Ethernet канала
От:sio83

Майнеры криптовалют и их разработка, BitCoin, LightCoin, Dash, Zcash, Эфир

Последнее сообщение

—>

Обсуждение Майнеров, их поставки и производства

наблюдается очень большой спрос на данные устройства.

/>25 апреля
Тема:Ремонт Асиков
От:mantech

/>25 апреля
Тема:Ремонт Асиков
От:mantech

Дополнительные разделы — Additional sections

Последнее сообщение

—>

Встречи и поздравления

Предложения встретиться, поздравления участников форума и обсуждение мест и поводов для встреч.

Модераторы раздела VAI aosp SergM vetal KRS Alexandr des00 Uladzimir Rst7 iosifk ViKo Herz l1l1l1 Tanya Сергей Борщ Omen_13 Vasily_ Егоров Walrus

/>10 мая
Тема:С Днём Великой Победы!
От:Chenakin

/>10 мая
Тема:С Днём Великой Победы!
От:Chenakin

—>

Ищу работу

ищу работу, выполню заказ, нужны клиенты — все это сюда

Модераторы раздела VAI aosp SergM vetal KRS Alexandr des00 Uladzimir Rst7 iosifk ViKo Herz l1l1l1 Tanya Сергей Борщ Omen_13 Vasily_ Егоров Walrus

/>3 часа назад
Тема:Радиомонтажник на дому Москва. метро Фонвизинска…
От:shakov

/>3 часа назад
Тема:Радиомонтажник на дому Москва. метро Фонвизинска…
От:shakov

—>

Предлагаю работу

нужен постоянный работник, разовое предложение, совместные проекты, кто возьмется за работу, нужно сделать.

Модераторы раздела VAI aosp SergM vetal KRS Alexandr des00 Uladzimir Rst7 iosifk ViKo Herz l1l1l1 Tanya Сергей Борщ Omen_13 Vasily_ Егоров Walrus

/>6 часов назад
Тема:(г.Москва) монтаж-сборка 120 изделий (230тыс.руб…
От:ТМТ2315

/>6 часов назад
Тема:(г.Москва) монтаж-сборка 120 изделий (230тыс.руб…
От:ТМТ2315

—>

Читать:

Велосипед варфрейм где найти

Куплю

микросхему; устройство; то, что предложишь ты 🙂

Модераторы раздела VAI aosp SergM vetal KRS Alexandr des00 Uladzimir Rst7 iosifk ViKo Herz l1l1l1 Tanya Сергей Борщ Omen_13 Vasily_ Егоров Walrus

/>Вторник в 10:53
Тема:Куплю мультиметр 6.5 разряда с DualDisplay
От:SlavaV

/>Вторник в 10:53
Тема:Куплю мультиметр 6.5 разряда с DualDisplay
От:SlavaV

—>

Продам

есть что продать за деньги, пиво, даром ?
Реклама товаров и сайтов также здесь.

Модераторы раздела VAI aosp SergM vetal KRS Alexandr des00 Uladzimir Rst7 iosifk ViKo Herz l1l1l1 Tanya Сергей Борщ Omen_13 Vasily_ Егоров Walrus

/>17 часов назад
Тема:Б.у аппаратура из Китая
От:Baza

/>17 часов назад
Тема:Б.у аппаратура из Китая
От:Baza

—>

Объявления пользователей

Тренинги, семинары, анонсы и прочие события

Модераторы раздела VAI aosp SergM vetal KRS Alexandr des00 Uladzimir Rst7 iosifk ViKo Herz l1l1l1 Tanya Сергей Борщ Omen_13 Vasily_ Егоров КОМПЭЛ Walrus

/>Вторник в 12:36
Тема:Новые RST-7K5/15K – мощные и надежные ИП от MEAN…
От:КОМПЭЛ

/>Вторник в 12:36
Тема:Новые RST-7K5/15K – мощные и надежные ИП от MEAN…
От:КОМПЭЛ

—>

Общение заказчиков и потребителей электронных разработок

Обсуждение проектов, исполнителей и конкурсов

Модераторы раздела VAI aosp SergM vetal KRS Alexandr des00 Uladzimir Rst7 haker_fox iosifk ViKo Herz l1l1l1 Tanya Сергей Борщ Omen_13 Vasily_ Егоров Walrus

/>23 мая
Тема:Сайты для удаленной работы, фриланса
От:rmDAC

/>23 мая
Тема:Сайты для удаленной работы, фриланса
От:rmDAC

Русские Блоги

Проектирование превосходного решения питания для приложения FPGA не является простой задачей, существует множество связанных технологических дискуссий. Сегодня Xiaobian должен поделиться контентом «Управление властью FPGA» для всех, чтобы поделиться основными целями —

☞ Найдите правильное решение и выберите наиболее подходящий продукт управления питанием

☞ Как оптимизировать фактическое решение для использования его для FPGA

Найти правильное питание

Лучшее решение для поиска FPGA не просто. Многие поставщики продают определенные продукты в имени, подходящем для электроснабжения для FPGA. Каковы конкретные требования к источнику питания преобразователя DC-DC для FPGA? На самом деле, не так много. В целом, все преобразователи питания могут быть использованы для питания FPGA. Рекомендуется, чтобы некоторые продукты обычно основывались на том факте, что многие приложения FPGA требуют нескольких направляющих рельсов, например, для ядра FPGA и I / O, которые также могут потребовать дополнительных направляющих напряжений для памяти DDR.PMIC (интегральная схема управления питанием), интегрированная в один преобразователь постоянного тока постоянного тока, в чипе один регулятор часто предпочтительнее.

Популярный способ найти нерешенные решения для электроснабжения для конкретных ФПГА — использовать многие из существующих эталонных конструкций управления питанием, предоставленным многими поставщиками FPGA. Это очень хороший способ оптимизировать дизайн. Но этот тип дизайна часто должен быть изменен, потому что

Система FPGA обычно требует дополнительных дорожек и нагрузок напряжения, которые также требуют мощности;
Добавить некоторые вещи в эталонном дизайне часто необходимы;
Входная мощность FPGA не зафиксирована, а входное напряжение в значительной степени зависит от фактического уровня логического уровня и конструкции, реализованной FPGA.

После выполнения модификации эталонного дизайна управления питанием он выглядит отличается от оригинального эталонного дизайна. Некоторые люди могут утверждать, что лучшее решение просто не имеет эталонной конструкции управления питанием, но непосредственно введите требуемые дорожки напряжения и ток в инструмент выбора и оптимизации управления питанием, такие как LTPOWERCAD и т. Д.

Рисунок 1. Выберите соответствующий преобразователь DC-DC для питания FPGA через инструмент LTPOWERCAD.

LTPOWERCAD может использоваться для обеспечения питания для каждого направления напряжения. Он также обеспечивает диапазон эталонных конструкций, чтобы сделать дизайнеры быстро начать. LTPOWERCAD может скачать с веб-сайта ADI. ☞ Скачать ссылку: http://www.analog.com/cn/design-center/lpowercad.html

Как оптимизировать фактическое решение для FPGA

Как только архитектура питания и каждый преобразователь напряжения необходимо выбрать подходящий пассивный компонент для разработки мощности. Вы должны иметь в виду, когда это делаютСпециальные требования к нагрузке для FPGA —

Различный текущий спрос
Управление напряжением контроля
Рельс напряжения монокуляр розы
Быстрая мощность переходный
Точность напряжения
Входной конденсатор FPGA

Различный текущий спрос

Фактическое потребление тока FPGA зависит от большой степени. Разные часы и разные контент FPGA требуют разной мощности. следовательно,Во время проектирования системы FPGA заключительный спецификации электропитания типичной конструкции FPGA неизбежно изменится.Оценщик мощности, предоставляемый производителем FPGA, помогает рассчитать уровень мощности, необходимый для решения. Он будет полезен до создания фактического оборудования. Однако для того, чтобы получить значимые результаты, используя такие инструменты оценки мощности, конструкция FPGA должна в конечном итоге определять или, по крайней мере, близко.

При нормальных обстоятельствах инженер рассматривает максимальный ток FPGA при разработке мощности. Если реальная конструкция FPGA должна быть окончательно обнаружена, дизайнер уменьшит источник питания.

Контроль времени напряжения

Многие FPGA требуют, чтобы разные направляющие напряжения питания питаются в определенном порядке. Поставка напряжения ядра часто требует питания от напряжений ввода / вывода, в противном случае некоторые FPGA будут повреждены. Чтобы избежать этого, источник питания должен быть включен в правильном порядке. Используйте PIN-код включения в стандартном конвертере DC-DC, чтобы легко добиться простого управления синхронизацией питания. Тем не менее, отключение устройства обычно также требует контроля времени. Трудно добиться хороших результатов. Лучшим решением является использование PMIC с расширенным встроенным функциям управления синхронизацией, такими как ADP5014. Специальные модули схемы, представленные красным на рисунке 2, поддерживают регулировку синхронизации питания и отключения.

Рисунок 2. ADP5014 PMIC объединяет поддержку гибкого контроля над мощностью / отключениями / отключениями.

На рисунке 3 показаны контроль времени, достигаемый с помощью этого устройства. Время задержки синхронизации питания и отключения может быть легко отрегулирована за счет задержки (DL) на ADP5014.

Рисунок 3. Запуск и завершение запуска нескольких напряжений питания FPGA.

Если используются несколько отдельных источников питания, добавьте микросхему управления синхронизацией для достижения желаемого порядка включения / выключения питания.Пример является LTC2924, который может контролировать как мощность преобразователя постоянного тока постоянного тока, чтобы открыть и отключить питание, а также может привести к высококачем N-канал MOSFET для подключения FPGA к определенному рельсу напряжения.

Монокуляция рельса напряжения поднимается

В дополнение к времени напряжения процесс запуска также может потребовать монотонного роста. Это означает, что напряжение поднимается только, как показано на напряжении A на фиг. Напряжение B на этом рисунке является примером напряжения немонотонного роста.Это происходит, когда напряжение поднимается до постоянного уровня времени, и это произойдет. Один из способов предотвращения того, чтобы это расширить время мягкого запуска источника питания и выберите преобразователь питания, который может быстро обеспечить большое количество тока.

Рисунок 4. Напряжение Монотонные поднимаются, напряжение B — немонотонный рост.

Быстрый источник питания

Еще одна особенность FPGA заключается в том, что она начнет с большого количества тока очень быстро. Это приведет к высокой нагрузке переходные процессы на источника питания. По этой причине,Многие FPGAS требуют много развязки входного напряжения.Керамические конденсаторы очень близки к виноградам VCORE и GND устройства, очень близко к месту. До 1 МФ очень распространено. Такая высокая емкость помогает уменьшить необходимость электропитания для обеспечения очень высокого пикового тока. Тем не менее, многие регуляторы переключения и LDOS указывают максимальную производитель емкости. Входная емкость FPGA может превышать максимальную выходную емкость электропитания для разрешения.

Власть не любит очень большие выходные конденсаторы, есть два очка —

Во время запуска выходной емкостью регулятора переключения, по-видимому, является краткосмысленным. Есть решение этого вопроса. Более длительное время мягкого запуска позволяет устанавливать напряжение на большой емкостной группе, и источник питания не входит в режим ограничения тока короткого замыкания. Рисунок 5. Многие входные требования к емкости для FPGAS.

Это значение емкости станет частью регулирующей петли. Преобразователи интегрированного компенсации петли не позволяют выходной емкости для предотвращения нестабилизации контура регулятора. Использование корпоративных конденсаторов на высококачественных резисторах обратной связи часто может влиять на петлю управления, как показано на рисунке 6. Рисунок 6. Когда нет доступен PIN-коэффициент компенсации цикла, контур управления может регулироваться конденсатором FeedForward.

Цепочка инструмента разработки (включая LTPOWERCAD, особенно LTD) очень полезна для преходящего нагрузки и запуска источника питания. Этот инструмент может сможет моделировать и моделировать эффективно реализовывать развязку большого входного емкости FPGA и производительность электронного питания. На рисунке 6 показана эта концепция.

Хотя положение полов (конец нагрузки) часто приближается к нагрузке, часто между источником питания и входной емкости PPGA часто бывают некоторые трассы PCB и входной емкостью FPGA. Когда есть несколько входных конденсаторов FPGA, прилегающие друг к другу на доске, эти конденсаторы от источника питания оказывают небольшое влияние на функцию передачи мощности, поскольку существует не только некоторых резисторов, но и паразитный индуктор трассировки. Эти паразитарные индукторы позволяют входные конденсаторы FPGA больше, чем максимальное значение емкости выходной мощности, даже если все конденсаторы подключены к одному и тому же узлу на доске. В LTSPICE индуктор паразитарного трасса может быть добавлен к схеме и может имитировать эти эффекты. Когда модель моделирования содержит достаточно паразитарных элементов, результаты моделирования близки к фактическим результатам.

Рисунок 7. Вывод мощности емкости и паразитарные развязки между входной емкостью FPGA.

Точность напряжения

Точность напряжения питания FPGA часто очень высока. 3% изменение допусковой ленты довольно распространены. Например, для того, чтобы сохранить рельс напряжения ядра 0,85 В в окне точностью 3% напряжения, полная допускная полоса должна быть только 25,5 мВ. Это небольшое окно включает вариации напряжения после нагрузки переходных процессов и точностью постоянного тока. Аналогичным образом, для таких строгого требований, в том числе LTPOWERCAD и LTSPICE, доступная цепочка электроинструмента, в процессе проектирования питания очень важно.

Входной конденсатор FPGA

Для быстрого обеспечения большого тока входная емкость FPGA обычно выбирает керамический конденсатор. Такие конденсаторы подходят для этой цели, но необходимо быть осторожным, так что его реальное емкости не падает как смещение постоянного тока. Некоторые керамические конденсаторы, особенно типа Y5U, когда напряжение смещения постоянного тока близко к максимальному номинальному напряжению постоянного тока, его реальное значение емкости уменьшает только 20% от номинальной стоимости.

Сложность системы FPGA становится выше и выше, поэтому FPGA должен принять соответствующиеУправление энергопотреблениемТехнология для проектирования энергии для системы FPGA.

FPGA обычно требуют нескольких напряжений. В зависимости от приложения первичный входной источник питания может использовать блок-источник блокировки, изолирующей мощности, неизоляционную мощность или даже питание от батареи. Эти первичные входы обычно генерируют промежуточное напряжение постоянного тока для питания в основном напряжении FPGA. Эти промежуточные напряжения обычно являются напряжением 5 В или 12 В постоянного тока. Некоторые типичные дорожки напряжения FPGA перечислены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1 вирteX 7FPGA Требования к власти

Таблица 2 Требования к питанию для системы серии Zynq 7000 (SOC)

Оценка мощности Xilinx

Для каждого напряжения есть более сложная работа для каждого напряжения, чтобы определить, что соответствующий ток состоит в том, что диапазон тока может варьироваться от сотен миллиметров до 60А или даже выше. Если заранее планируется, ситуация будет совершенно другой, а предшествующее планирование может избежать чрезмерного дизайна и разработки источника питания, что приведет к ошибке, которая должна быть продолжена. Производитель FPGA предоставляет точный инструмент энергопотребления FPGA, который может оценить энергопотребление в худшем случае, основываясь на использовании пользователя FPGA.

Оценка мощности XILINX (XPE), показанный на рисунке 1, охватывает несколько серий XILINX FPGA. С помощью этого инструмента клиенты могут выбрать используемые компоненты и вводЧасыИ информация о конфигурации для определения требований питания и выберите соответствующее устройство на основе расчетного значения.

Рисунок 1 Оценщик мощности Xilinx (XPE)

Меры предосторожности 1

Многие факторы должны быть приняты во внимание при выборе власти, необходимой для выполнения приложения FPGA. Стоимость, размер и эффективность, всегда являются факторами, которые требуют внимания во время дизайна питания. Однако в приложениях FPGA некоторая мощность будет иметь разные требования. Питание ядра обычно требует более жесткой точности в пределах линии, нагрузки и диапазона температур. Некоторые источники питания, такие кактрансиверДля шума более чувствителен, необходимо сохранить свой выход ниже определенного порога шума. Следует также отметить, что некоторые источники питания, имеющие общее напряжение режима, могут быть объединены и изолированы с ферритовым магнитным бусином для достижения фильтрации или в виде нагрузки.

Меры предосторожности 2.

При выполнении проектирования в соответствии с соблюдением необходимо учитывать все статические и динамические условия эксплуатации. Во-первых, выберите регулятор напряжения со ссыльной точностью менее 1%, в результате чего оставляет максимальное пространство для полей дизайна для обращения с динамическими условиями эксплуатации, такими как переходные процессы нагрузки.

Меры предосторожности 3.

Будьте осторожны при проектировании высокоскоростной приемопередатчики, поскольку вывод шума из этих источников питания чувствительности уменьшит производительность и увеличивает джиттер. Регулятор низкого давления (LDO) Идеально подходит для этих электропередач. Однако, когда требуется более высокий ток, до тех пор, пока типичное значение выходной пульсации поддерживается ниже 10MVPK-PK ниже 10 кГц до 80 МГц, вы можете использовать его.Импульсный источник питанияОтказ Выделенная таблица данных FPGA будет включать подробные технические характеристики, связанные с требованиями трансивера.

Меры предосторожности 4

Сортировка мощности является еще одним важным аспектом дизайна питания FPGA. Поскольку в системе FPGA требуется несколько источников питания, как показано в рекомендуемой последовательности источника питания, рисует минимальный ток при запуске, что, в свою очередь, предотвращает повреждение устройства. Последовательность электропитания доставки для логических цепей и электропитания приемопередатчиков на FPGA Virtex 7 Series показана на рисунке 2. Сортировка процессора для SOC SOC Zynq 7000 отображается на рисунке 3.

Рисунок 2 Рекомендуемая последовательность включений для Virtex 7 FPGA

Среди них VCCINT и VMGTAVCC могут одновременно включаться, пока они начинаются до того, как VMGTAVTT их последовательность включения может быть взаимозаменяемой.

Рисунок 3 Рекомендация для последовательностей питания для SISTE STORMENT SOUS ZYNQ 7000

Для устройств серии XILINX 7 / Zyrq 7000 эти мощности должны иметь линейное повышение и должны быть включены в течение периода 0,2 мс до 50 мс, а для серии XILINX ULTRACCALE FPGA этот цикл составляет от 0,2 мс до 40 мс от 40 мс. Рекомендуется, чтобы последовательность сбоя питания обращается в порядке власти.

Как только соответствующий ток был оценен, все соображения дизайна известны, Power Designer может запустить выбор устройства. Есть несколько вариантов на выбор, такие как регулятор низкого давления (LDO), режим переключения питания (SMPS) И интегрированные модули, все они имеют разные преимущества и недостатки. Например, LDO идеально подходит для некоторых низкокачественных источников питания FPGA из-за его простоты и низкого выходного шума. Недостатком LDO заключается в том, что их эффективность не высока, и будет включена, когда более высокие токи.ТранзисторБольшое количество тепла диссипации. Они обычно применимы к тем, у кого низкая мощность, и те, кому требуется низкий уровень шума.

Когда требуемое текущее значение превышает 2 ампер, дизайнер может выбрать электропитание коммутации (SMPS), если текущее значение превышает 2 ампер. Эти устройства могут достигать более 90% в однофазной конфигурации и обеспечивают до 30А тока. По сравнению с LDO их дизайн сложен и менее эффективен, когда более легкая нагрузка, но они более гибкие, а более высокая эффективность при более высоких токах.

Модуль питанияНапример, источник питания LMZ31506 (простой выключатель) может поставить одинDC/DCПреобразователь, электроэнергетическая металлическая оксид полевого эффекта транзистора (MOSFET), ЩитИндукторИ пассивные компоненты интегрированы в тонкий четырехместный беспроводной (QFN) пакет. Поскольку все компоненты интегрированы в один пакет, требуется только наименьшие внешние компоненты, это может уменьшить время конструкции.

Уинчж FPGA архитектурный дизайн инструменты

Инструменты дизайна архитектуры Webench FPGA (рис. 4) — это очень полезный инструмент, который помогает конструкторам питания построить несколько выходных мощностей FPGA за считанные минуты. Этот инструмент содержит подробные требования к мощности для вновь перечисленных FPGAS. В этом инструменте вам нужно только выбрать использование FPGA и регулировать ток на требуемый уровень, и этот инструмент автоматически сформирует всеобъемлющий отчет о разработке.

Обеспечение электрического питания ПЛИС с помощью мощных линейных LDO-стабилизаторов

Такие мощные низковольтные цифровые микросхемы как программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС), включая программируемые пользователем вентильные матрицы (ППВМ), цифровые сигнальные процессоры (DSP), микропроцессоры и другие специализированные микросхемы входят в состав практически любых встраиваемых электронных систем. Встраиваемые электронные системы различного назначения очень часто встречаются в изделиях промышленной электроники, аппаратуры связи, серверах, медицинской аппаратуре, игровых приставках и консолях, бытовой аудио/видеотехнике и во многих других изделиях. Применение ПЛИС позволяет реализовать в этих системах самые передовые технические идеи. Согласно маркетинговым исследованиям фирм In-Stat и Gartner, в 2010 г. объем продаж ПЛИС достигнет 2,5 млрд долл. Примечательно, что одним из применений ПЛИС в автомобилестроении является возможность создания аппаратуры, позволяющей избежать последствия т.н. человеческого фактора. Это системы активной безопасности, исключающие возможность столкновения. Кроме того, такие системы безопасности, как например антиблокировочная система (АБС), управление устойчивостью и электронно-управляемая независимая подвеска, также используют ПЛИС.

Сочетание больших токов потребления, малых напряжений питания и повышенные требования к скорости нарастания импульсной характеристики для нового поколения ПЛИС и специальных процессоров предъявляет строгие требования к источникам электропитания ядра, устройств ввода-вывода и каналов приёмопередатчика. Эти цифровые микросхемы, с точки зрения электропитания, являются и мощными, и динамичными. Как правило, для их питания используются относительно более эффективные импульсные преобразователи. Однако применение этих преобразователей связано с такими недостатками как влияние шумов, не очень хорошая импульсная характеристика и чувствительность к качеству разводки печатной платы. В результате, зачастую предпочтение отдаётся линейным стабилизаторам с малым падением напряжения (LDO), хотя такие стабилизаторы и имеют свои ограничения в применении. Однако благодаря новым техническим идеям в этой области параметры новых LDO-стабилизаторов перестали быть компромиссными.

Задачи проектирования

Точно следуя закону Мура, размеры выпускаемых кремниевых подложек постоянно уменьшаются, что позволяет снижать напряжение питания произведенных микросхем. Работа с большими токами потребления и меньшими напряжениями накладывает определенные ограничения на трассировку и отвод тепла. Следовательно, необходимо применять особые корпуса, обеспечивающие надёжный отвод тепла от кристалла микросхемы. В случае с LDO-стабилизаторами их способность работать с малым прямым падением напряжения позволяет уменьшить разницу между входным и выходным напряжениями, сохранив возможность поддерживать/стабилизировать выходное напряжение и стабильность выходных параметров. Следовательно, появляется возможность снизить рассеиваемую микросхемой мощность и частично решить проблему отвода тепла.

Требование к коэффициенту подавления пульсаций по напряжению (PSRR), а также допустимый уровень шума выходного напряжения являются основными требованиями. Напряжение, получаемое от прибора с хорошим коэффициентом стабилизации, легко фильтруется, что снижает уровень шумов на входе. Это, в свою очередь, приводит к «чистому» и стабильному напряжению на выходе. Кроме того, стабилизатор с малыми шумами выходного напряжения в широкой полосе частот является более предпочтительным для применения в качестве источника питания, где уровень шумов чётко оговаривается условиями технического задания. Поскольку требования к быстродействию современных ПЛИС возрастают, чувствительность к шумам выходного напряжения также растёт. Их необходимо снижать, чтобы уменьшить ошибку разрядности. Подобные ошибки, обусловленные шумами, значительно снижают скорость обработки данных быстродействующих ПЛИС.

Более высокие скорости приёмопередатчиков, всё чаще интегрируемых в ПЛИС, обуславливают более высокие токи, потребляемые для сохранения хорошей формы импульсов данных. Поскольку эти микросхемы являются быстродействующими, ток потребления может возрастать почти от нуля до нескольких ампер в течение сотен наносекунд. Данное обстоятельство требует применения преобразователей с очень хорошей импульсной характеристикой.

Новый тип стабилизаторов для питания цифровых микросхем

Линейный стабилизатор с правильными характеристиками является идеальным решением для питания новейших ПЛИС. Однако LDO-стабилизаторы должны удовлетворять следующим требованиям:

– быстродействие (малое время нарастания импульсной характеристики);

– работа в широком диапазоне входных и выходных напряжений;

– большой ток нагрузки;

– низкий уровень шума;

– очень малое прямое падение напряжения;

– хорошие тепловые свойства;

– большой коэффициент стабилизации на высоких частотах;

– автоматическое выявление неисправностей/ошибок может быть дополнительным преимуществом.

Недавно компания Linear Technology представила микросхему LT3070 — стабилизатор серии LDO, обладающий всеми указанными свойствами.

Сверхбыстродействующий малошумящий LDO-стабилизатор

Микросхема LT3070 представляет собой сверхбыстродействующий линейный стабилизатор с цифровой установкой выходного напряжения. Из всех доступных на сегодняшний день стабилизаторов LDO с высокой степенью интеграции и током нагрузки не менее 5 А это устройство имеет минимальный уровень шумов выходного напряжения и наибольшую скорость нарастания импульсной характеристики. Стабилизатор выполнен на основе МОП-транзистора, что обеспечивает минимальное прямое падение напряжения — всего 85 мВ при максимальном токе нагрузки. Кроме того, ток общего вывода стабилен и не зависит от изменения входного и выходного напряжений. Шумы выходного напряжения не превышают 25 мкВ среднеквадратического значения в диапазоне частот 10 Гц…100 кГц при токе нагрузки 5 А. Коэффициент стабилизации равен 30 дБ на частоте 1 МГц. Имея полосу пропускания входного сигнала до 1 МГц, LT3070 при использовании выходных керамических конденсаторов ёмкостью чуть более 15 мкФ обеспечивает перерегулирование не более 30 мкВ при броске тока нагрузки 4,5 А. Столь небольшая величина ёмкости выходных конденсаторов позволяет уменьшить габариты разрабатываемого источника питания и стоимость изделия. Как видно из представленной на рисунке 1 схемы, LT3070 является хорошим решением для питания мощных низковольтных устройств.

Выходное напряжение микросхемы LT3070 устанавливается цифровыми сигналами в диапазоне 0,8…1, 8 В с шагом 50 мВ. Погрешность установки выходного напряжения составляет не более ± 1% во всём диапазоне изменения входного напряжения, тока нагрузки и температуры. С помощью системы цифровой подстройки границ выходного напряжения можно осуществить точную подстройку в пределах ±1%, ±3% или ±5%, что удобно при отладке системы. Сигнал PowerGood отображает состояние микросхемы LT3070: осуществляется ли регулирование выходного напряжения, не сработала ли защита от пониженного входного напряжения. Этим сигналом выдается также предварительное предупреждение о перегреве микросхемы. Диапазон входных напряжений микросхемы LT3070 составляет 0,95…3,0 В, а диапазон вспомогательных напряжений равен 2,2…3,6 В. Вспомогательное напряжение предназначено для управления затвором встроенного регулирующего МОП-транзистора с N-каналом.

Кроме того, несколько микросхем LT3070 можно соединить параллельно и тем самым обеспечить больший ток в нагрузку или равномернее распределить тепло на печатной плате. С помощью алгоритма слежения можно управлять импульсным преобразователем, который обеспечивает напряжение питания для LDO. Такое решение позволяет при любом входном напряжении подавать на вход LDO-стабилизатора ровно на 300 мВ больше, чем составляет выходное напряжение. Таким образом, уменьшается рассеиваемая в тепло мощность, но при этом сохраняется коэффициент стабилизации. Если же входное напряжение меняется во времени, с помощью алгоритма слежения выходное напряжение импульсного преобразователя будет автоматически поддерживаться на 300 мВ больше выходного напряжения LDO. Это означает, что при любых входных напряжениях КПД будет максимально возможным. Встроенные цепи защиты обеспечивают защиту от пониженного входного напряжения, обратного тока, прецизионное ограничение тока, а также отключение с гистерезисом при перегреве. Микросхема LT3070 изготавливается в низкопрофильных (0,75 мм) 28-выводных корпусах QFN с габаритами 4×5 мм, улучшенным отводом тепла и работает в диапазоне температур кристалла –40…125°С.

Сверхбыстрая реакция на воздействие

Широкая полоса пропускания входного сигнала микросхемы LT3070 обеспечивает высокую скорость нарастания импульсной характеристики. При этом на выходе применяются недорогие и малогабаритные керамические конденсаторы с малым эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR). Помимо того, что такие конденсаторы удешевляют стоимость готового изделия на базе LT3070, они занимают мало места на печатной плате, позволяя создавать малогабаритные источники питания. Применение конденсаторов с объёмным диэлектриком (т.е. алюминиевых электролитических и танталовых устройств) не рекомендуется, т.к. они обладают существенно большей эквивалентной последовательной индуктивностью, а это уменьшает динамические характеристики стабилизатора.

Схемотехнически N-канальный МОП-транзистор (регулирующий элемент) включён как истоковый повторитель. Такая схема включения обеспечивает предельно малое падение напряжения на регулирующем элементе, высокую скорость нарастания импульсной характеристики и большой коэффициент стабилизации в широкой полосе частот. Микросхема LT3070 имеет широкую полосу частот регулирования, а также прекрасную импульсную характеристику (см. рис. 2) за счет отказа от дорогостоящих танталовых или алюминиевых электролитических конденсаторов. Указанные выше свойства позволяют применять микросхему LT3070 для питания большинства современных микропроцессоров.

Топология LDO-стабилизаторов с N-канальным истоковым повторителем является принципиально более быстродействующей, чем с P-канальными МОП-транзисторами. Низкое сопротивление канала типа N снижает выходное сопротивление LT3070. Высокое сопротивление стока P-канального МОП-транзистора требует применения дорогостоящих электролитических конденсаторов на выходе микросхемы. Кроме дороговизны, у таких конденсаторов имеется ещё один существенный недостаток: они ограничивают быстродействие схемы и, следовательно, скорость нарастания импульсной характеристики. Низкоимпедансный выход микросхемы LT3070 позволяет отвести 1 МГц на полосу пропускания электрической схемы стабилизатора, чтобы установить высокую скорость нарастания импульсной характеристики.

Увеличение КПД за счет управления с входа на выход

У микросхемы LT3070 имеется уникальная функция слежения, предназначенная для управления установленным перед ней по схеме импульсным преобразователем. Вывод VIOC (Input-to-Output Voltage Control) является выходом встроенного усилителя сигнала, пропорционального проводимости канала регулирующего элемента, выход которого, в свою очередь, является источником или потребителем тока величиной 250 мкА. Этот сигнал может управлять работой большинства импульсных преобразователей серий LTC или LTM через вывод ITH.

Функция VIOC предназначена для управления работой импульсного преобразователя, обеспечивающего входное напряжение микросхеме LT3070 на 300 мВ больше выходного. Эта величина прямого падения напряжения выбрана исходя из условий обеспечения высокой скорости нарастания импульсной характеристики и приемлемого коэффициента стабилизации в широкой полосе частот. Кроме того, при такой величине прямого падения напряжения существенно снижается рассеиваемая мощность и, соответственно, увеличивается КПД. Например, рассеиваемая мощность при непрерывном выходном токе 5 А и преобразовании с помощью LDO напряжения из 1,5 в 1,2 В или из 1,3 в 1,0 В составляет всего 1,5 Вт.

На рисунке 3 показаны цепи резисторов обратной связи, с помощью которых устанавливается максимальное выходное напряжение импульсного преобразователя, если LDO отключен. Однако как только LT3070 включится, цепь обратной связи VIOC понизит выходное напряжение преобразователя до величины Uвых + 300 мВ.

Функция VIOC представляет собой петлю обратной связи между LT3070 и импульсным преобразователем. Петля обратной связи должна быть частотнокомпенсированной, чтобы обеспечить стабильность работы. К счастью, подключение VIOC к импульсным преобразователям Linear Technology через вывод ITH происходит по высокоимпедансному каналу, что является идеальным случаем для осуществления частотной компенсации обратной связи, т.к. изменения величины уже установленных компенсирующих компонентов минимальны.

Суммируя все преимущества LT3070, можно обобщить её характеристики и особенности:

– ток нагрузки 5А;

– прямое падение напряжения 85 мВ (типовая величина);

– цифровая установка выходного напряжения в диапазоне 0,8…1,8 В;

– цифровая точная установка выходного напряжения: ±1%, ±3%, ±5%;

– низкие шумы выходного напряжения: 25 мкВ среднеквадратического значения в диапазоне частот 10 Гц…100 кГц;

– возможность параллельной работы и обеспечение тока в нагрузке до 10 А;

– прецизионное ограничение тока: ±15%;

– погрешность установки выходного напряжения ±1% во всех диапазонах изменения входного напряжения, тока нагрузки и температуры;

– стабильность работы при использовании керамических конденсаторов на выходе (минимальная ёмкость — 15 мкФ);

– высокий коэффициент стабилизации при высокой частоте: 30 дБ при 1 МГц;

– функция подключения/отключения нагрузки;

– выводы цепей управления VIOC для совместной работы с импульсным преобразователем, что уменьшает рассеиваемую мощность и повышает КПД;

– ограничение обратного тока;

– тепловое отключение с предварительным предупреждающим сигналом;

– низкопрофильный (0,75 мм) 28-выводный QFN корпус с габаритами 4×5 мм.

Заключение

Тенденцией развития высокопроизводительных цифровых микросхем является постоянно увеличивающийся ток потребления при одновременном снижении напряжения питания, что стало возможным благодаря постоянно улучшающейся технологии производства. Однако из-за этой тенденции происходит повышение требований к таким параметрам как скорость нарастания импульсной характеристики, шумы источника питания и КПД. Традиционно питание таких цифровых микросхем осуществлялось с помощью импульсных преобразователей, работающих на основе индуктивности. Однако для решения проблем, возникающих при работе подобных преобразователей, компания Linear Technology предлагает новое поколение низковольтных линейных стабилизаторов, не требующих индуктивности. Новый стабилизатор LT3070 — это линейный стабилизатор со сверхвысокой скоростью нарастания импульсной характеристики, возможностью цифровой установки выходного напряжения, минимальным прямым падением напряжения, минимальными шумами и самой высокой из всех доступных на сегодняшний день 5-А LDO скоростью нарастания импульсной характеристики. Кроме того, этот стабилизатор идеален для работы совместно с импульсным преобразователем.