FPGA电源解决方案
xilinxfpga电源的旁路电容值计算
xilinxfpga电源的旁路电容值计算
我们要计算Xilinx FPGA电源的旁路电容值。
首先，我们需要了解旁路电容的作用和计算方法。
旁路电容的主要作用是滤除电源线上的高频噪声，从而确保FPGA的稳定工作。
其计算公式为：C = I/f ×10^-6
其中，C 是电容值（单位：μF），I 是FPGA的电源电流（单位：A），f 是电源噪声频率（单位：MHz）。
这个公式告诉我们怎样根据FPGA的电源电流和电源噪声频率来选择合适的旁路电容值。
假设FPGA的电源电流为10A，电源噪声频率为100MHz，我们可以通过上述公式来计算旁路电容值。
计算结果为：旁路电容值是0 μF。
所以，为了确保Xilinx FPGA的稳定工作，我们应该选择一个接近0 μF 的旁路电容。
基于FPGA的新型非对称双极脉冲磁控溅射电源的研究
ｅ ｒ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ａ ｄ ｊ ｕ ｓ ｔ ｅ ｄ ｆ ｒ ｅ ｅ ｌ ｙ ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｍａ ｎ ｄ ｓ ｉ ｎ ｃ ｌ ｕ ｄ ｉ ｎ ｇ ｐ ｕ ｌ ｓ ｅ ａ ｍｐ ｌ ｉ ｔ ｕ ｄ ｅ ，￣ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ，ｄ ｕ ｔ ｙ ｃ ｙ ｃ ｌ ｅ ，
称脉 冲发 生 器 。采 用 Ａ ｈ ｅ ｒ ａ公 司的 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ（ Ｅ Ｐ ３ Ｃ ２ ５ Ｑ ２ ４ ０ Ｃ ８ ） 作 为数 字 处理 器 实现 了 电源 的数 字控 制， 同时对后 级脉 冲 变换环 节 实现 高 自由度 控制 ， 通 过 实验 结 果分析 进 一步验 证 了设计 的 可行性 。
基于 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ的新 型非对称 双极 脉 冲磁 控溅 射 电源 的研究
陈桂 涛 ， 孙 天 乐， 孙强， 钟 彦儒
（ 西安理工 大学 自动化 与信 息工程学院 ， 陕西 西安 ７ １ ０ ０ ４ ８ ）
摘要 ： 研 究 了基 于 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 的非 对称双 极脉 冲 电 源 ， 解决 了磁控 溅 射 工 艺 中遇 到 的 共性 问题 ， 同时获
关键 词 ： 脉 冲 电源 ； 非对称 ； 磁控 溅射 ； 高 自由度
中图分 类号 ： Ｔ Ｐ ３ １ ３
文献标 志码 ：Ａ
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ Ｎｏ ｖ ｅ ｌ Ｐｕ ｌ ｓ ｅ ｄ Ｐｏ ｗｅ ｒ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＦＰＧＡ ｆ ｏ ｒ Ｍａ ｇ ｎｅ ｔ ｒ ｏ ｎ Ｓ ｐｕ ｔ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎｇ
ａ ｎ ｄ ｅ ｖ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｎ ｕ ｍｂ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｖ ｅ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｎ ｅ ｇ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｐ ｕ ｌ ｓ ｅ ｓ ｏ ｆ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｉ ｍｅ ｂ ｅ ｔ ｗｅ ｅ ｎ ｐ ｕ ｌ ｓ ｅ ．Ｔ ｈ ｅ ｎ，ａ ６ ｋ Ｗ／ １ ０ ０ ｋ Ｈｚ ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ｔ ｙ ｐ ｅ ｉ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ｗｈ ｉ ｃ ｈ ａ ｄ ｏ ｐ ｔ ｓ ｔ ｗｏ — ｓ ｔ ａ ｇ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ，ｔ ｈ ｅ ｉ ｆ ｒ ｓ ｔ ｓ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｕ ｔ ｉ ｌ ｉ ｚ ｉ ｎ ｇ ｔ ｗ ｏ ｉ ｎ ｄ ｅ —
基于FPGA数控变频电源的设计
基于FPGA数控变频电源的设计谭本军（湖南张家界航空工业职业技术学院 湖南 张家界 427000）摘 要： 通过对PWM调制信号控制变频电源的分析研究，提出设计的基本方案，重点分析硬件设计和基于FPGA的数控部分的设计。
这种设备的输出电压具有在一定范围内幅值、频率可调的优点，能最大限度满足用户对各种交流电源的需求。
变频电源的核心技术是逆变控制系统，基于FPGA的逆变控制系统其实时性很强。
关键词： 变频电源；FPGA；逆变；SPWM中图分类号：TN86 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）1120065－021 绪论 3 硬件的设计3.1 直流母线电压源的设计现代人们的生活和发展离不开电能，但是受历史、经济等各方面的原因的影响，世界各国的电网指标还没有统一的标单端反激式变换器是指，当数字控制器的PWM调制信号控准，例如我国内地工频电压一般采用的是220V/50Hz交流电，制MOS管驱动电路导通时，次级侧的整流二极管处于截止状而台湾、美国、日本等地区使用的工频电压一样为态，能量以磁能的形式存储在变压器的初级侧的电感线圈中；110V/60Hz，英国的工频电压为240V/50Hz等，这样就给许多进当PWM调制信号控制MOS管截止时，次级侧的整流二极管处于导出口的家用电器、医疗仪器及工业设备的直接使用带来很多麻通状态，储存在初级侧线圈的能量通过互感效应传递到次级烦。
而且由于发电厂的发电功率有限，在用电高峰期和电低峰侧，经过低压整流滤波电路输出相应的DC电压，完成DC-DC降期整个电网工作在欠压或过压状态，还有工频电压抗干扰性很压变换。
3.2 直流母线调压电路的设计差很容易受到外界高频设备、雷电的影响，造成整个电源不能正常使用，那么设计一种能产出纯净的、稳定的、在一定范围调节电压幅值可以有两种方法：1）在要求输出高电压、内电压频率和幅值可调节的电源尤为重要，变频电源（交流电低精度、快速响应的情况下保持母线电压不变调节调制度；2）力频率转换器）就能满足我们的要求。
基于FPGA程控稳压电源设计—论文
基于FPGA的程控稳压电源设计学院名称：专业：班级：姓名：指导教师姓名：指导教师职称：2012年6 月基于FPGA的程控稳压电源设计摘要：直流稳压源是一种常见的电子仪器，其广泛应用于实验教学和科学研究等领域。
本设计提出了一个基于FPGA的程控稳压电源的方案。
通过按键向FPGA输入信号，FPGA 得到“十位”和“各位”计数脉冲信号，通过计数器模块计数，内部计数器的信号一路送给外部显示电路来显示当前的电压值，另一路经过D/A转换器（DAC0832）输出模拟量，再经过运算放大器隔离放大，控制输出功率管的基极，随着功率管基极电压的变化而输出不同的电压，同时实现双路输出。
实际测试结果表明，本系统具有易调节，高可靠性，操作方便，电压稳定度高，其输出电压采用了数字显示的特点。
关键词：直流稳压电源；程控电源；FPGA；VHDLThe program-controlled power supply design based on FPGAAbstract:DC source is a kind of common electronic instrument, it is widely applied in the experimental teaching and scientific research. This project is to design a FPGA based programmable power supply. The key to the system through the FPGA input signal, FPGA is" ten" and" you" counting pulse signal, the counter module count, internal counter signal path to an external display circuit to display the current voltage value, via a D/A converter ( DAC0832) output analog quantity, then pass through an operational amplifier isolation amplifier, to control the output power pipe base, with the power transistor base-emitter voltage change and different voltage output, while achieving dual output. The actual test results show that, the system has easy adjustment, high reliability, convenient operation, high voltage stability, the output voltage by the digital display characteristics.Keywords: DC power supply；programmable power supply; FPGA; VHDL目录前言 (1)第1章程控直流稳压电源设计原理 (2)1.1直流稳压电源基本原理 (2)1.2程控电源的基本原理 (4)1.3基于FPGA的电源的基本原理 (6)第2章硬件电路设计 (7)2.1按键电路 (7)2.2显示电路 (7)2.3 DAC0832转换电路 (8)2.4 FPGA电路 (9)2.4.1供电电源部分 (9)2.4.2 I/O电压、内核电压供电连接部分 (9)2.4.3 时钟信号部分 (10)2.4.4 EP2C5T144芯片部分 (10)2.4.5 配置芯片部分 (11)第3章系统软件设计 (12)3.1系统软件整体设计 (12)3.2软件模块设计 (12)3.2.1分频器模块设计 (12)3.2.2键盘输入模块设计 (15)3.2.3 100进制计数器模块设计 (17)3.2.4 数据选择器模块设计 (19)3.3.5位码选择器模块设计 (20)3.2.6驱动共阴极数码管七段译码器模块设计 (21)3.2.6二-十进制译码器模块设计 (22)3.2.7层次化设计 (23)第4章系统运行与调试 (27)4.1系统运行过程 (27)4.2测试结果 (30)结束语 (33)参考文献 (34)致谢 (36)附录1 硬件实物图 (37)附录2 硬件电路图 (38)附录3 元器件清单 (40)附录4 程序代码 (41)前言电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，被广泛的应用于电子产品生产线、实验室、工业控制和信息通讯等领域。
fpga电路板卡设计方案
fpga电路板卡设计方案FPGA电路板卡设计方案一、引言FPGA（Field-Programmable Gate Array）电路板卡是一种可编程逻辑器件，具有广泛的应用领域。
本文将介绍FPGA电路板卡的设计方案，包括设计流程、关键技术和实现方法等方面。
二、设计流程1. 确定需求：首先，根据实际需求确定FPGA电路板卡的功能和性能要求。
这包括输入输出接口、逻辑电路设计、时钟频率等方面。
2. 选择开发平台：根据需求确定合适的FPGA开发平台，如Xilinx、Altera等。
开发平台提供了开发工具和资源库，方便开发者进行电路设计和编程。
3. 电路设计：根据需求和开发平台，进行电路设计。
这涉及到逻辑电路设计、时序电路设计、电源管理等方面。
设计过程中需要考虑电路的可靠性、稳定性和功耗等因素。
4. 电路仿真：设计完成后，进行电路仿真验证。
通过仿真可以检验电路的功能和性能是否符合预期要求，及时发现和解决问题。
5. 硬件布局：根据电路设计结果，进行PCB（Printed Circuit Board）布局。
布局过程中需要考虑电路的布线、信号干扰、电磁兼容等因素，以确保电路的稳定性和可靠性。
6. PCB制造：完成布局后，将PCB进行制造。
制造过程包括PCB 板材选择、印制、钻孔、贴片、焊接等环节。
制造质量直接影响电路的性能和可靠性。
7. 烧录程序：当PCB制造完成后，将开发好的程序烧录到FPGA芯片中。
烧录程序是将逻辑电路转化为FPGA芯片可以执行的指令，是电路板卡实现功能的关键步骤。
8. 调试与测试：将烧录好的FPGA电路板卡连接到相应的系统中，进行调试和测试。
通过测试可以验证电路的性能和功能是否符合要求，及时发现和修复问题。
9. 优化与改进：根据测试结果，对电路进行优化和改进。
优化包括电路的功耗优化、时序优化、面积优化等方面，以提升电路的性能和可靠性。
三、关键技术1. 逻辑设计：逻辑设计是FPGA电路板卡设计的核心技术。
FPGA 电源的方案设计
案例一
某高性能计算系统中的FPGA电源设计，通过优化电源架 构和元件选择，实现了高效率、低噪声的供电效果。
案例二
某通信设备中的FPGA电源设计，通过合理的热设计和电 磁兼容性设计，确保了设备在苛刻环境下的稳定运行。
经验教训与改进建议
经验教训
电源设计过程中需充分考虑各种因素，如功 耗、效率、噪声、散热和电磁兼容性等。
输入滤波电路的设计要点
根据电源输入的噪声和干扰情况，选 择合适的电感器和电容器，并确定其 参数和规格。
由电感器和电容器组成的低通滤波器 ，可以滤除高频噪声。
功率转换电路设计
功率转换电路的作用
将输入的电源转换为 FPGA 所需要的电压和电流，以满足 FPGA 的供电需求。
功率转换电路的组成
由开关电源和控制电路组成，开关电源负责将输入的电源转换为 所需的电压和电流，控制电路负责控制开关电源的工作状态。
电压降额
考虑电源传输过程中的电 压降，适当提高电源电压 ，以确保FPGA芯片的正 常工作。
冗余设计
为提高系统可靠性，可采 用冗余电源设计，即多路 独立电源同时为FPGA芯 片供电。
电源效率与热设计
电源效率分析
分析不同电源方案对系统整体效率的 影响，选择高效、低损耗的电源方案 。
热设计考虑
根据FPGA芯片发热情况和环境温度 ，合理选择散热方式，如散热片、风 扇等，确保FPGA芯片工作在安全温 度范围内。
04 电源仿真与优化
仿真工具与模型建立
仿真工具
选择适合的仿真工具，如MATLAB Simulink、PSPICE、Multisim等，这些工具能够提供强大的模拟和仿真功能 ，帮助设计者验证电源方案的正确性和可行性。
模型建立
复杂系统的电源管理解决方案
复杂系统的电源管理解决方案目前，许多电信、数据通信、电子数据处理，特别是无线网络系统采用分布式电源架构供电。
这些复杂的系统要求电源管理解决方案能够监控电源，直至每个精确的参数。
为达到这种性能水平，大部分设计采用FPGA、、或存储块。
这种设计的复杂性加大了无线网络及有线系统应用工程师的负担。
他们的选择只能是：要么大量投资提高内部电源管理技术水平，要么依靠外部设计公司的专业技术。
最近，出现了第三种选择：负载点DC/DC电源模块。
这种模块整合了大部分或全部即插即用解决方案所需的组件，最多可取代40种不同组件。
这种集成有助于简化并加快设计速度，同时减小电源管理系统的尺寸规格。
实现这些模块所需性能，同时控制在预算和空间要求范围内，关键是切实掌握现有不同技术。
如图1所示，大部分传统通用非隔离式DC/DC电源模块仍采用单列直插封装。
这些开放式框架解决方案在减小设计复杂性方面取得了一定进步，但也只是在印刷上采用标准封装部件。
它们一般为低（约300kHz），功率密度并不突出。
因此，受其尺寸的影响，很难成为许多空间受限应用的选择。
下一代电源模块需要在减小尺寸上下功夫，以提高设计灵活性。
图1 传统SIP开放式框架模块为提高设计人员所需的功率密度，电源管理系统供应商必须提升开关频率，以减小储能元件的尺寸。
但利用标准器件提高开关频率会导致效率下降，这主要是MOSFET开关损耗造成的。
这种情况促使行业寻找经济高效的方法，降低DC/DC模块中MOSFET驱动功率通道的寄生阻抗，使成型模块的大小相当于一块。
在评估特定应用的解决方案时，尺寸和成本是两个重要考虑因素。
但其他因素对于最终应用同样重要或更加重要。
下面说明其中的部分考虑因素。
可靠性可靠性是所有系统设计师需要解决的一个主要问题。
许多分布式电源架构应用需要多年正常运行，基本不发生故障。
可靠性在系统总拥有成本中发挥重要作用。
由于大量部件组合封装、高功率密度产生的热疲劳现象以及附属电路故障，可靠性成为电源模块必须解决的重要问题。
FPGA学习：电源电路设计
FPGA学习：电源电路设计与任何电子元器件一样，FPGA器件需要有电源电压的供应才能工作。
尤其对于规模较大的器件，其功耗也相对较高，其供电系统的好坏将直接影响到整个开发系统的稳定性。
所以，设计出高效率、高性能的FPGA供电系统具有极其重要的意义。
不同的FPGA器件、不同的应用方式会有不同的电压电流的需求。
如图2.4所示，简单的归纳，可以将FPGA器件的电压需求分为三类：核心电压、I/O电压和辅助电压。
核心电压是FPGA内部各种逻辑电路正常工作运行所需要的基本电压，该电压用于保证FPGA器件本身的工作。
通常选定某一款FPGA器件，其核心电压一般也都是一个固定值，不会因为电路的不同应用而改变。
核心电压值可以从官方提供的器件手册中找到。
I/O电压顾名思义便是FPGA的I/O引脚工作所需的参考电压。
在引脚排布上，FPGA与ASIC最大的不同，便是FPGA所有的可用信号引脚基本都可以作为普通I/O使用，其电平值的高低完全由器件内部的逻辑决定。
当然了，它的高低电平标准也受限于所供给的I/O 电压。
任何一片FPGA器件，它的I/O引脚通常会根据排布位置分为多个bank。
同一个bank内的所有I/O引脚所供给的I/O电压是共用的，可以给不同的bank提供不同的I/O电压，它们彼此是不连通的。
因此，不同bank的不同I/O电压为FPGA器件的不同接口应用提供了灵活性。
这里举一个例子，Cyclone IV系列器件的某些bank支持LVDS差分电平标准，此时器件手册会要求设计者给用于LVDS差分应用的bank的I/O电压供2.5V电压，这就不同于一般的LVTTL或LVCOMS的3.3V供电需求。
而一旦这些用于LVDS传输的I/O bank电压供给为2.5V，那么它就不能作为3.3V或其他电平值标准传输使用了。
除了前面提到的核心电压和I/O电压，FPGA器件工作所需的其它电压我们通常都称为辅助电压。
例如FPGA器件下载配置所需的电压，当然了，这里的辅助电压值可能与核心电压值或I/O电压值是一致的。
FPGA的电源电压种类,你知道多少？
FPGA的电源电压种类,你知道多少？在硬件电路设计中，每一个IC芯片都有相应的电源端口对其供电，以驱动IC 进行工作。
对于普通的IC芯片，极大部分都是由单电源3.3V电压供电，且输出的高电平电压也是3.3V，例如MCU和存储器等常用的芯片。
但是对于FPGA则不然，可编程逻辑的特性赋予了它包容万物的能力，最终成为一个需要多电源供电的芯片，那对于FPGA的电源电压种类，到底有多少呢？1. FPGA供电电压一颗FPGA芯片通常需要多个电压，例如Xilinx的新一代的A7、K7、V7等系列的芯片，可以多达6个电压，分别是3.3V、2.5V、1.8V、1.5V、1.2V、1.0V。
对于FPGA，其电压类型通常是以下3种：（1）核心电压Vccint，该电压一般较低，目前常用的是1.2V。
核心电压用于给FPGA的内部各种逻辑供电，即芯片的晶体管开关是有核心电压提供。
当内部逻辑工作时钟速率越高，使用逻辑资源越多，则核心电压供电电流会更大，可高达几安，此时芯片必然会发烫，需要散热装置辅助散热。
另外，核心电压Vccint并非一定是1.2V，该电压随着FPGA工艺的发展从5V、3.3V、2.5V、1.5V、1.2V逐步变小，具体数值需查找对应的芯片数据手册。
（2）IO电压Vccio，该电压顾名思义，就是驱动IO管脚的电压。
因为FPGA经常要与多种不同电平接口的芯片通信，所以都会支持非常多的电平标准，这也是它的灵活性表现。
FPGA为了能和多种不同的电平标准接口芯片通信，Vccio通常以Bank为界，相互之间是独立的，即一个Bank块只能存在一种IO电压。
一颗FPGA芯片具有多个Bank块，每个Bnak可以与一种电平接口芯片通信，如Bank34与3.3V的MCU通信，Bank35与2.5V的DDR芯片通信。
基于FPGA的高精度压电陶瓷数字驱动电源
基于 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ的高精度压 电陶瓷 数字驱动 电源
杨 克 己 ， 武 斌 桑
（ 江 大 学 现代 制造 工 程 研 究 所 ， 江 杭 州 ３ ０ ２ ） 浙 浙 １０ ７
摘 要 ： 对 压 电 陶瓷 驱 动 器 在 六 自 由度 微 动 平 台 中 的应 用 ， 制 了 基 于 Ｆ Ｇ 和 Ｐ ８ 针 研 Ｐ Ａ Ａ ５的六 通 道 高 精 度 数 字 驱
第 １ 第 ６期 ５卷 ２０ ０ ８年 １ ２月工来自程设计
学
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Ｖ０１ １ ． ． ５ Ｎｏ ６
Ｄｅ ． ２ ０ ｃ ０ ８
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fpga电源解决方案
fpga电源解决方案
《FPGA电源解决方案》
FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种灵活可编程的
集成电路技术，广泛应用于数字信号处理、通讯、图像处理等领域。
为了确保FPGA稳定、高效地工作，合适的电源解决
方案至关重要。
在FPGA电源解决方案中，首先需要考虑的是电源稳定性。
FPGA在进行大量逻辑运算时，会产生较大的电流波动，因此
需要具有良好的电源稳定性，以避免电源波动造成的工作异常。
因此，选择能够提供稳定输出电压和电流的电源模块是解决FPGA电源问题的第一步。
其次，功耗管理也是FPGA电源解决方案中需要考虑的重要
因素。
FPGA在不同的工作状态下会有不同的功耗需求，例如
在高性能模式下会需要更高的功耗支持，而在低功耗模式下则需要更低的功耗输出。
因此，需要选择具有动态功耗管理功能的电源模块，以根据FPGA的工作状态实时调整输出功率，
提高功耗利用率。
此外，对于FPGA电源解决方案而言，还需要考虑电源模块
的小型化和高效散热。
由于FPGA通常应用于高密度、高性
能的集成电路系统中，在有限的空间内为FPGA提供稳定的
电源供应和散热是一项挑战。
因此，选择体积小、散热效果好的电源模块，可以有效解决FPGA电源供应和散热难题。
总之，FPGA电源解决方案涉及电源稳定性、功耗管理、散热
等多方面的考虑，需要选择合适的电源模块和配套解决方案，才能确保FPGA高效稳定地工作。
只有全面考虑，充分选型，才能为FPGA提供最佳的电源支持，满足其在不同应用场景
下的需求。
FPGA电源解决方案
FPGA电源解决⽅案FPGA电源解决⽅案摘要：以Xilinx的FPGA为例，介绍了FPGA开发系统的电源要求和功耗，并给出了采⽤线性低压降（LDO）稳压器,DC/DC调整器,DC/DC控制器和电源模块等⼏种电源解决⽅案关键词：现场可编程门阵列；电源设计；DC/DC变换器1、引⾔现场可编程门阵列（FPGA）的出现给电路设计带来了极⼤的⽅便，⽬前，在芯⽚设计领域也采⽤FPGA来开发仿真验证平台。
这种开发系统的FPGA⼀般规模较⼤，功耗也相对较⾼，因此，其供电系统的好坏直接影响到整个开发系统的稳定性。
所以，设计出⾼效率、⾼性能的FPGA供电系统具有极其重要的意义。
2、FPGA电源指标要求我们以Xilinx的FPGA为例，包括Virtex II，Virtex-II Pro，Spartan II和Spartan IIE 系列，介绍FPGA的电源指标要求。
2.1额定电压FPGA对电源的要求与DSP⾮常相似，⼀般需要2.5V，1.8V或1.5V作为核⼼电压，3. 3V或2.5V作为I/O电压，另外Virtex II和Virtex-II Pro还需要3.3V的辅助电压。
表1列举了Xilinx不同系列FPGA的电压需求。
表1 FPGA电压需求2.2 电压上升时间为了保证FPGA正常启动，核⼼电压（VCCINT）的上升时间tr必须在特定的范围内，表2列举了不同系列FPGA的这⼀指标要求。
此外，电压上升必须单调，不允许有波动。
某些DC/DC变换芯⽚，⽐如TI的TPS5461X系列可以外部调节电压上升时间，给设计带来了⽅便。
表2 核⼼电压上升时间要求2.3供电电压顺序根据Xilinx的⽂档，对于Virtex II和Virtex-II Pro系列FPGA没有电压顺序要求，推荐所有的供电电压同时上电，否则，可能产⽣较⼤的启动电流。
对于Spartan－IIE系列，推荐核⼼电压和I/O电压同时供给。
对于Spartan II系列上电顺序可以任意。
FPGA开发板硬件设计方案070516
FPGA开发板硬件设计方案070516FPGA（Field Programmable Gate Array）是一种可重新配置的集成电路芯片，可用于实现各种数字逻辑功能。
FPGA开发板是用于学习、开发和验证FPGA设计的硬件平台。
本文将介绍一个FPGA开发板的硬件设计方案，包括主要组成部分和详细设计考虑。
1.FPGA选型：首先需要选择适合项目需求的FPGA芯片。
选择FPGA时需要考虑项目的计算需求、I/O需求、资源使用和成本等因素。
常用的FPGA厂商有Xilinx和Altera，选型时可以根据具体项目需求选择适合的系列和型号。
2.主要组成部分：一个基本的FPGA开发板通常包括以下主要组成部分：-FPGA芯片：用于实现项目的数字逻辑功能。
-存储器：用于存储程序和数据。
通常包括片上存储器和外部存储器，如DDR3/DDR4SDRAM等。
-时钟源：提供时钟信号以驱动FPGA芯片。
-外部接口：包括GPIO、UART、SPI、I2C、以太网口、HDMI等，用于与外部设备通信。
-电源模块：提供稳定的电源供电，包括可切换的电源电压和电流限制功能。
-JTAG接口：用于将开发板与开发工具连接，进行烧录和调试操作。
-显示屏：用于在开发板上显示信息。
3.详细设计考虑：在设计FPGA开发板时，还需要考虑以下方面的详细设计：-时钟设计：需要设计合适的时钟源，提供稳定的时钟信号。
可以选择使用晶振或者外部时钟源，同时需要考虑时钟的分频、倍频和时钟分配等。
-电源设计：需要设计稳定的电源供应模块，包括电源电压和电流的限制，以及电源滤波和短路保护等。
-外部接口设计：根据项目需求选择合适的外部接口，并进行相应的接口电路设计和信号匹配。
-存储器设计：根据计算需求选择适当的存储器类型，并进行存储器接口电路设计和时序优化。
-PCB布局设计：需要进行合理的PCB布局设计，以保证信号完整性和电磁兼容性。
可以根据芯片数据手册和设计指南来进行布局。
-仿真和验证：设计完成后需要进行仿真和验证，确保FPGA开发板按照设计要求正常工作。
FPGA_电源的方案设计
FPGA_电源的方案设计FPGA电源的方案设计在数字电路设计中，FPGA（现场可编程门阵列）已成为越来越重要的核心元件。
由于FPGA具有高度的可编程性和灵活性，使其在各种应用领域中得到广泛应用。
然而，在FPGA运行过程中，电源管理问题成为了一个关键的考虑因素。
本文将探讨FPGA电源的方案设计，包括设计原理、具体方案和注意事项等方面。
FPGA电源的设计原理FPGA内部由大量的逻辑单元组成，这些逻辑单元对电源的要求较高。
为了保证FPGA的正常运行，我们需要设计一个稳定、高效、低噪声的电源系统。
这一系统应具有以下特点：1、稳定性：电源系统应提供稳定、连续的电压和电流，以确保FPGA 内部逻辑单元的稳定运行。
2、高效性：电源系统应具有较高的转换效率，以减少能源浪费和设备发热问题。
3、低噪声：电源系统应具有较低的噪声，以避免对FPGA内部逻辑单元的干扰，从而提高系统的可靠性。
具体方案设计在设计FPGA电源的方案时，我们需要根据实际需求进行定制。
以下是一些具体方案的设计步骤：1、确定电源种类和数量：根据FPGA的规格书，确定所需的电源种类和数量。
例如，某些FPGA需要一个5V的主电源，以及其他较低电压的辅助电源。
2、确定电源质量：为了确保FPGA的稳定运行，我们需要选择具有较高电源质量指标的电源模块。
这些指标包括电压稳定度、负载稳定度、电压纹波等。
3、电源布局和布线：在电路板设计中，合理的电源布局和布线能够显著提高电源系统的性能。
应尽量减小电源线的长度，并采用合理的电源平面结构，以提高电源系统的稳定性和效率。
4、降噪和EMC措施：为了降低电源噪声和电磁干扰（EMC），可以采取一系列措施，如加装滤波器、接地屏蔽、优化电路设计等。
这些措施有助于提高FPGA系统的可靠性和稳定性。
注意事项在设计和实施FPGA电源方案时，还有一些需要注意的事项：1、考虑到FPGA逻辑单元的动态功耗，应在设计中加入功耗管理机制，如动态电压调整和时钟频率调整等。
高速数字信号处理器系统电源设计
高速数字信号处理器系统电源设计摘要：研究了dsp+fpga高速数字信号处理器系统电源的供电需求，采用了开关电源和线性稳压电源的混合电源系统，解决了高速数字信号处理器系统电源的供电问题。
经实际的测试验证表明设计的该系统电源满足各个高速处理模块的供电需求，也表明该系统电源的突出优点是供电电源的高稳定性。
关键词：高速数字信号处理；dsp+fpga；系统电源中图分类号：tn702 文献标识码：a 文章编号：1009-3044（2013）07-1678-041 概述现代信号处理对信号处理的实时性要求越来越高，实时信号处理系统具有更快的处理速度和更大的数据吞吐率，往往处理器要求达到每秒几十，甚至几百亿次运算，这使得单个处理器无能为力，很多数字波束（dbf）雷达系统中都引入了并行计算系统，采用了多处理器并行处理技术。
多处理器并行处理高速数字信号处理板上大部分电路是高速数字电路，电源对逻辑电路影响主要集中在电源的响应带宽和纹波电压上。
高速数字逻辑器件在状态转换瞬间需要吸收较大电流，容易导致供电电压下降，电源的带宽足够宽时可以获得更快的反应速度，避免因为电源电压的波动导致的逻辑错误；纹波电压是稳压源电压输出的波动，纹波电压会引起数字信号的边缘抖动，也会造成逻辑误判，因此电源的设计要求带宽宽和纹波电压小。
2 高速数字信号处理器电源设计研究图1是高速数字信号处理系统设计框图。
dsp_a和dsp_b是并行系统的运算核心模块，主要完成并行算法的复杂运算；数据的输入通道有条：gpio口、sfp光纤接头和sata接头，如果前端是a/d 采集模块，通常使用pm1和pm2用作数据输入通道。
fpga是系统的数据交换中心，负责控制两个dsp数据的输入输出与数据预处理，系统结构设计适合数据流流水处理方式，又适合并行分布式处理，同时支持扩展多个处理板。
目前直流稳压电源根据调整管的工作状态来分主要有两种，一种是线性稳压电源，一种是开关稳压电源。
低功耗fpga电路设计
低功耗fpga电路设计
低功耗FPGA电路设计是一种针对可编程逻辑集成电路的设计方法，旨
在降低功耗，并提高系统的效率和性能。
FPGA（现场可编程逻辑门阵列）
是一种可以根据用户需求进行编程和重构的芯片，它具备可重配置性和灵活性，因此在许多应用中得到广泛应用。
在低功耗FPGA电路设计中，有几个关键因素需要考虑。
首先是电源管理，包括电源选择和电源优化。
选择适当的电源电压可以降低功耗，而电源
优化可以确保电源电压和电流的稳定性，并减少功耗的损失。
其次是对电路进行分析和优化。
这包括对逻辑电路的优化、时钟管理和
布线等方面的优化。
通过合理的逻辑优化，可以减少功耗和延迟。
时钟管理
可以帮助我们更好地利用时钟资源，从而减少功耗。
布线的设计也要考虑到
功耗问题，合理规划布线路径，减少电流的传输。
采用合适的存储器结构和数据处理方法也是降低功耗的重要措施。
通过
有效的数据缓存和存储器设计，可以减少访问存储器的次数，从而降低功耗。
对于大规模的数据处理，采用并行处理和流水线设计可以提高系统的效率，
并降低功耗。
低功耗FPGA电路设计需要全面考虑系统的各个方面，并进行合理优化。
通过选择适当的电源管理策略、逻辑优化和布线设计，合理利用存储器和数
据处理方法，可以降低功耗，提高系统的效率和性能。
这种设计方法在众多
领域中都能发挥重要作用，包括移动设备、物联网以及嵌入式系统等。
基于DSP+FPGA的高速数字信号处理平台的电源设计
基于DSP+FPGA的高速数字信号处理平台的电源设计王溦;王广君【摘要】介绍了一种高速数字信号处理平台的电源设计实现方案,主要是基于FPGA+DSP的结构实现高速数字信号处理.该方案采用先进的FPGA,DA转换器和DSP芯片,通过对DSP芯片和FPGA芯片及DA芯片的正确供电和电源监控来实现具有通用性、可扩充性的硬件平台,并对电源设计中的多项关键参数进行分析与阐述.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2007(030)006【总页数】4页(P44-46,49)【关键词】现场可编程门阵列;数字信号处理;数模;电源管理监控【作者】王溦;王广君【作者单位】中国地质大学信息工程学院,湖北武汉,430074;中国地质大学,湖北武汉,430074【正文语种】中文【中图分类】TN911.721 引言随着科学技术的快速发展，人们对信息的需求越来越大，对信息的处理速度也越来越快。
信号处理理论与技术的飞速发展直接导致A/D，D/A，FPGA及DSP等电子集成产品的高速发展与更新，使许多复杂、高速的信号处理运算的实现成为可能。
数字信号处理技术已在通信、信息、电子、自动控制、航天及军事等领域中得到广泛应用。
现在以ASIC，DSP，FPGA等组成的系统中芯片都是低功耗设计，供电部分也变得越来越复杂。
不仅对不同电平值的电压精度、输出电流、纹波、冲击等要求十分严格，而且同一个芯片的不同电平的上电时序也有了要求。
本文介绍一种高速数字信号处理平台的电源设计的实现方案。
这个具有通用性、可扩充性、灵活的多功能高速数字信号处理平台的硬件主要包括5个功能块：高速A/D及D/A变换、超大规模FPGA芯片、高速DSP芯片、程序与数据存储器、FPGA完成的接口模块。
其中超大规模FPGA芯片和高速的DSP芯片是系统的核心，用来完成高速数字信号处理算法。
该平台能够应用在无线接收、卫星接收、图像处理和信号分析等多个领域。
本系统平台用到的就是一套通用性强，扩展能力广的高效解决方案。
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FPGA电源解决方案摘要：以Xilinx的FPGA为例，介绍了FPGA开发系统的电源要求和功耗，并给出了采用线性低压降（LDO）稳压器,DC/DC调整器,DC/DC控制器和电源模块等几种电源解决方案关键词：现场可编程门阵列；电源设计；DC/DC变换器1、引言现场可编程门阵列（FPGA）的出现给电路设计带来了极大的方便，目前，在芯片设计领域也采用FPGA来开发仿真验证平台。
这种开发系统的FPGA一般规模较大，功耗也相对较高，因此，其供电系统的好坏直接影响到整个开发系统的稳定性。
所以，设计出高效率、高性能的FPGA供电系统具有极其重要的意义。
2、FPGA电源指标要求我们以Xilinx的FPGA为例，包括Virtex II，Virtex-II Pro，Spartan II和Spartan IIE 系列，介绍FPGA的电源指标要求。
2.1额定电压FPGA对电源的要求与DSP非常相似，一般需要2.5V，1.8V或1.5V作为核心电压，3. 3V或2.5V作为I/O电压，另外Virtex II和Virtex-II Pro还需要3.3V的辅助电压。
表1列举了Xilinx不同系列FPGA的电压需求。
表1 FPGA电压需求2.2 电压上升时间为了保证FPGA正常启动，核心电压（VCCINT）的上升时间tr必须在特定的范围内，表2列举了不同系列FPGA的这一指标要求。
此外，电压上升必须单调，不允许有波动。
某些DC/DC变换芯片，比如TI的TPS5461X系列可以外部调节电压上升时间，给设计带来了方便。
表2 核心电压上升时间要求2.3供电电压顺序根据Xilinx的文档，对于Virtex II和Virtex-II Pro系列FPGA没有电压顺序要求，推荐所有的供电电压同时上电，否则，可能产生较大的启动电流。
对于Spartan－IIE系列，推荐核心电压和I/O电压同时供给。
对于Spartan II系列上电顺序可以任意。
设计经验表明，大部分情况下对于Xilinx的FPGA来说，核心电压先于I/O电压供给是个比较好的做法。
2.4电流监测和限制对于Spartan II和Spartan IIE系列FPGA，电流监测和限制一般不推荐使用，因为，在核心电压（VCCINT）上升至0.6V到0.8V之间时，该系列FPGA会产生一个较大的启动涌入电流，如果存在监测电路就会降低输出电压以限制电流，使电压上升产生波动。
如果一定要采用监测电路，启动限制电流不能低于核心电压（VCCINT）额定电流的2倍。
对于其他系列FPGA由于不存在涌入电流，所以无此要求。
2.5电压功耗估计FPGA由一个未连接的电路单元阵列组成，通过用户编程进行配置。
FPGA的电源功耗一般取决于以下因素：内部资源的使用率，工作时钟频率，输出变化率，布线密度，I/O电压等，见表3。
不同的应用，电源实际功耗相差非常大。
表3 FPGA电源功耗因素Xilinx的电源估计软件是一个准确估计各系列FPGA功耗的一个很好的工具。
利用此工具我们得到了VirtexII系列FPGA的电流估计结果，见表4。
表4中我们做了如下假定：输出变化率25％（450MHz）和15％（100MHz）；逻辑单元使用率为100％；器件工作在单一频率下；布线密度为中等；输出负载电容为30pF；I/O使用率为100％；50％的I/0端口为输入，其余的为输出；输出I/O中16个为DDR标准，其余的为SDR标准。
表4 VirtexII系列FPGA电源功耗3、现有的FPGA电源解决方案根据采用FPGA系列的不同，核心和I/O电压可能是3.3V，2.5V，1.8V和1.5V（参见表1），目前总的来说有三种电源解决方案，分别是线性稳压器电源（LDO），开关稳压器电源（DC/DC调整器和DC/DC控制器，两者的差别主要是内部是否集成FETs），电源模块。
在选择方案时，要求设计者综合考虑系统要求，成本，效率，市场需要，设计灵活性及封装等众多因素。
3.1 LDO线性稳压器电源LDO线性稳压器只适用于降压变换，具体效果与输入/输出电压比有关。
从基本原理来说，LDO根据负载电阻的变化情况来调节自身的内电阻，从而保证稳压输出端的电压不变。
其变换效率可以简单地看作输出与输入电压之比。
如今很多厂商都有适合FPGA应用的低电压、大电流LDO芯片，比如TI的TPS755XX和TPS756XX系列为5A电流输出，TPS7 59XX系列为7.5A电流输出；Linear的LT1585/A系列为5A输出, LT1581为10A输出；National的LMS1585A系列也为5A输出，并与Linear的LT1585/A系列可以相互替换。
LDO芯片所占面积仅为几个mm2，只要求外接输入和输出电容即可工作。
由于采用线性调节原理，LDO本质上没有输出纹波。
不过随着LDO的输入/输出电压差别增大或者输出电流增加，LDO的发热比也会按比例增大，所以，对散热控制方面要求很高。
图1以Nati onal的LMS1585A为例的LDO稳压器的典型设计电路，LMS1585A系列有三种型号，分别为1.5V，3.3V和可调电压输出，最大输出电流均为5A。
(a)3.3/1.5V固定输出(b)可调电压输出图1 LDO稳压器的典型设计电路3.2 DC/DC调整器电源DC/DC调整器利用了磁场储能，无论升压、降压还是两者同时进行，都可以实现相当高的变换效率。
与线性稳压（LDO）相比，尽管它要求更大的电路板面积，但对于FPGA这种需要大电流的应用来说却十分理想。
由于变换效率高，因此发热很小，这也使得散热处理得以简化。
特别是，与LDO器件相比，它常常不需要附加一个成本较高、面积较大的散热器。
考虑到DC/DC调整器集成有FETs，使用时只需外接一个电感和必不可少的输入、输出电容，故可以使整个解决方案的空间利用率大大提高。
由于是开关稳压器电源，与线性稳压器电源（LDO）相比，DC/DC调整器输出纹波电压较大、瞬时恢复时间较慢、容易产生电磁干扰（EMI)。
要取得低纹波、低EMI、低噪声的电源，关键在于电路设计，尤其是输入/输出电容、输出电感的选择和布局，都有相当的讲究。
目前不少IC 厂家都有这种适合FPGA应用的大电流DC/DC调整器芯片，最大输出电流达到了9A，比如Elantec的EL7556BC为6A输出，EL7558BC为8A输出；TI的TPS5 461X系列为6A输出，TPS54873为9A输出。
本文第4部分将以TI的TPS5461X系列为例介绍DC/DC调整器电源设计的实例，参见图4。
3.3 DC/DC控制器电源DC/DC控制器和DC/DC调整器的差别主要是没有内置的FETs，因此，它能够保证设计有很大的灵活性，设计者可以选用有特定导通电阻的外接FET晶体管，并根据应用的需要调整电流限。
这在需要十几甚至几十A电流的特大规模FPGA开发系统中非常有用。
与DC/DC调整器相比，采用这种方案设计，既要选择适当的输入/输出电容、输出电感，又要选择符合要求的FET，增加了设计难度和总成本。
此外，由于FET外置，占用空间也相对较大。
目前DC/DC控制器芯片市场上非常多，比如TI，Linear，Maxim，National等公司都有相应的产品，规格也相当全，仅Maxim一家就有数十种此类产品，设计者可以根据自己的需求选择合适的芯片。
图2以Maxim的MAX1961为例，描述了DC/DC控制器电源设计的典型电路。
MAX1961输入电压为2.35V到5.5V；有4个预设的输出电压（1.5V，1. 8V，2.5V和3.3V)，偏差低于0.5％；输出电流最高可达20A。
图2 DC/DC控制器电源设计典型电路3.4 电源模块电源模块一般以可插拔的形式给出。
就原理上来说，它通常也是个开关稳压器，所以它的效率也非常高，而且相对于普通开关稳压器，它的集成度更高，外围只需要一个输入电容和一个输出电容即可工作（这一点于LDO类似），设计相当简便，特别适合要求开发周期非常短的应用，尤其是原型机的设计。
由于电源模块上集成了几乎所有可以集成的东西，灵活性相对较差，价格也相对较高。
图3以TI的PT6943为例，描述了用电源模块设计FPG A电源的典型电路。
PT6943 是TI的PT6940系列电源模块的一种，输入为4.5V至5.5V，它支持3.3V和1.5V两路输出，每路输出的最大电流均为6A，它内部还集成了电压顺序控制，短路保护等功能。
图3 用电源模块设计FPGA电源典型电路4、FPGA开发板电源设计实例我们采用TI公司TPS5461X系列DC/DC调整器芯片的TPS54616（输出3.3V/6A）和TPS54613（输出1.5V/6A），设计了基于FPGA的MPEG 4解码芯片＊仿真演示开发板的电源（3.3至5V输入，3.3V和1.5V输出）。
开发板上有两块Xilinx的XC2V2000FPG A芯片，规模相对较大。
电源部分电路如图4所示。
输入、输出电容采用低等效串联电阻（ESR）的钽电解电容，输出电感选用了Pulse公司的PD0120.702，其电感值为7.1μH,直流电阻为9.5mΩ，饱和电流为12.6A。
TPS5461 3的PWRGD输出连接了TPS54616的SS/ENA引脚，当TPS54613输出电压低于1.35 V(正常值的90％)时，PWRGD为低，TPS54616处于关闭状态，当TPS54613输出电压高于1.35V时，PWRGD变高，TPS54616开始工作；在关闭电源时，TPS54613输出电压降到1.35V时，PWRGD变低，关断了TPS54616给I/O供电，使得周边接口先掉电，从而保证了FPGA核心电压优先于I/O电压的供电顺序，符合一般设计规律。
经实际测试，电源各项指标均符合系统要求。
图4 FPGA开发板电源设计实例电路5、结语在设计大规模FPGA开发板电源时，开发者要在系统整体方案的成本，电路板面积和效率之间进行折中。
LDO稳压器为电流输出要求较低的应用提供了体积小且廉价的解决方案；DC/DC调整器解决方案能够保证高得多的电源变换效率，散热简单，是一般FPGA电源的理想选择；DC/DC控制器解决方案设计灵活，输出电流大，是特大规模FPGA开发板的最佳选择；电源模块即插即用，为FPGA电源设计提供了一种最为快捷的解决方案。