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        数字电源模块在FPGA供电设计的应用

        2020年03月30日 11:15 ? 次阅读

        被广泛应用于各种产品,具有开发时间短、成本效益高以及灵活的现场重配置与升级等诸多优点:芏嘈滦FPGA利用先进的技术实现低功耗和高性能。他们通过新的制造工艺降低了内核电压,从而扩大电源电压范围并提高电流量:芏郌PGA对每个电源轨的供电需求不尽相同,而这些不同的电源有不同的电压输出和时序要求以及不同的噪声灵敏度要求。电源模块是满足这些供电需求的理想选择。

        一个电源模块包括控制器、FET、电感器和大部分无源器件,而这些器件都在一个封装内,仅需外部配备输入和输出电容器即可完成系统设计。数字电源模块结合了电源模块和数字电源的优点,使用数字电源模块进行设计可缩短开发时间并快速优化电源监控和时序控制功能,而这些都是模拟解决方案无法实现的。改进的电压调节精度、数字控制技术以及数字电源模块在FPGA应用中更受欢迎。本文以瑞萨电子ISL8274M为例,阐释数字电源模块如何满足FPGA的供电需求。

        数字电源模块满足FPGA的需求

        模拟和数字电源模块均适用于FPGA电源应用。但数字电源管理拥有更多方面的优势,例如实时监控、带快速瞬态响应的数字控制以及减少材料清单(BOM)并简化设计。数字电源模块解决方案非常灵活,可以轻松满足FPGA电源所需的低电压、高电流以及额外电源轨。通过PMBus可以轻松地将新的电源轨添加到管理系统中。瑞萨电子专利的数字直流(DDC)通信总线,为供电设备提供通信通道,可实现无故障通信、时序、交错和故障传输。如今,许多数字电源模块可通过精确的参考设定点实现出色的输出电压调节精度。

        ISL8274M是一款通用的降压型数字电源模块,具备PMBus通信和许多其他满足FPGA电源要求的特性。它拥有两个通道,可以作为两个独立的电压轨用于不同的FPGA器件,或通过并联满足更高的电流需求。此外,ISL8274M还具有内部DDC串行总线,可实现与瑞萨电子其他供电器件之间的通信,能够轻松配置和执行加电顺序、故障;び爰嗫,常用电路如图1所示。

        数字电源模块在FPGA供电设计的应用

        图1. ISL8274M常用应用电路图

        数字电源模块在FPGA供电设计的应用

        表1. 瑞萨电子ISL8274M数字电源模块的主要特性

        ISL8274M主要特点:

        ● 完善的数字电源

        ● 30A/30A双通道输出电流

        -4.5V至14V单轨输入电压

        -效率高达95.5%

        ● 可编程输出电压

        -0.6V至5V输出电压设置

        -线路/负载/温度精度为±1.2%

        ● ChargeMode?控制回路架构

        -296kHz至1.06MHz固定开关频率操作

        -无需电压补偿

        -快速单时钟周期瞬态响应

        ● PMBus接口和/或引脚模式

        -使用PMBus完全可编程

        -引脚模式,用于标准设置

        -实时遥测VIN(输入电压),VOUT(输出电压),IOUT(输出电流),温度,占空比和开关频率 ?高级软启动/停止,定序和跟踪

        -通过故障记录完成过压/欠压、电流和温度;

        -支持PowerNavigator?

        -热增强HDA封装

        数字ChargeMode?控制方案

        ISL8274M采用瑞萨电子专利的ChargeMode?控制方案,可实现快速的负载动态响应,保持固定的开关频率,并支持全陶瓷输出电容器设计。该产品通过使用多速率采样技术和数字滤波器,减小了误差采样时刻和PWM生成时刻之间的延迟。这种简单的补偿控制方案无需额外的无源RC元件(模拟模块所需)即可实现补偿回路设计。对于任何系统内的变化,可以通过PMBus命令或PIN引脚对新补偿进行重新配置。瑞萨电子同时也提供参考设计以方便用户使用。

        可调节上升时间的软启动

        在有些场合,从接收到启用信号到输出电压上升到目标值所需要的延迟时间是想要设定的。ISL8274M通过PowerNavigator?GUI设计工具为用户简化了设计过程,并可以精确、独立地重置延迟和上升时间。在启动前的输出阶段如果存在预偏置条件,ISL8274M可以通过在启动输出上升前对输出电压进行采样从而提供预偏置;。图2展示了启动上升时间为5ms的软启动过程。

        数字电源模块在FPGA供电设计的应用

        图2. ISL8274M启动示意图

        电源排序/电压跟踪

        用于不同电压或多相运行的一组电源模块可以被设置为以预定顺序启动。此功能在为高性能处理器(如FPGA)供电时极为重要,这些高性能处理器需要一个电源在另一个电源之前达到其工作电压,以避免闩锁效应。使用ISL8274M,通过发出PMBus命令来设置多个设备的启动顺序,以便分配在序列链中靠前的设备,以及序列之后的设备。

        ISL8274M具有电压跟踪功能,通过一个输出通道(通道1或通道2)跟踪施加到VTRKP和VTRKN引脚的电压,在两种基于特定应用的可选模式下无需外部组件。

        各种;ず图嗫毓δ

        ISL8274M提供完整的;すδ,包括电源输入欠压/过压(UV/OV);、驱动器电压UV/OV;、两级输出电流欠流/过流(UC/OC)(平均值和峰值);、输出电压UV/OV;ひ约暗臀/过温(UT/OT);。每种;ざ加泄收舷拗岛途嫦拗,用户可通过PMBus命令轻松设置相应的故障限值。另有包括断续模式在内的不同的故障响应选项,用户可从中选择。此外,用户还可以通过PMBus命令配置响应功能。ISL8274M能够通过PMBus命令监视各项系统参数。

        瑞萨电子的ISL8274M提供了最完整的;すδ芎图嗫毓δ,用更安全、更稳定的方式;さ缭聪低巢僮,并为用户提供更强大的系统设计灵活性。

        设计工具

        评估板/用户指南

        瑞萨电子还为用户提供ISL8274M评估板和详细的用户指南。评估板如图3所示。

        数字电源模块在FPGA供电设计的应用

        图3. ISL8274M评估板图片

        PowerNavigator

        瑞萨电子提供的PowerNavigator GUI软件可帮助用户加速电源设计、测试、定型和调试。用户利用该软件通过PMBus连接到开发板,可设置调节各种系统参数和阈值,最终配置存储在非易失性存储器中。图4展示了PowerNavigator GUI软件操作界面。

        数字电源模块在FPGA供电设计的应用

        图4. PowerNavigator操作界面

        PowerCompass

        PowerCompass工具可帮助用户快速挑选出符合其特定要求的部件,设置多个电压,进行高级系统分析以及生成自定义参考设计文件。该工具仅以Web应用程序的形式提供,用户也可使用该程序脱机工作。

        iSim设计与仿真工具

        瑞萨电子提供一款名为iSim的基于网络的强大仿真工具,这是一款使用简单的交互式电源管理和运算放大器设计工具。iSim让用户能够快速选择支持组件,并设计和仿真其电路和系统。

        结论

        ISL8274M数字电源模块使用瑞萨电子专利的ChargeMode控制架构,可在绝大多数情况下提供90%以上的转换效率。另外它还提供对在FPGA处理功率瞬爆中常见的输出电流负载阶跃的单时钟周期快速瞬态响应。该器件的无补偿设计使模块保持稳定,无需考虑温度、变异或老化引起的输出电容器变化。其功率密度、高效率和快速瞬态响应满足了单轨和多轨的电源需求。

        用户可在线获取有关PowerNavigator,PowerCompass和iSim设计与仿真工具的详细说明和视频教程,有助于设计轻松入门、

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        ARM崛起和后Altera时代 赛灵思的未来之路...

        英特尔和Altera传出收购消息以后,分分合合好几次。导致我买的股票上涨了5美元,我奖励自己吃了一顿...

        发表于 2020-03-30 16:05 ? 1212次阅读
        ARM崛起和后Altera时代 赛灵思的未来之路...

        浅析引起电源模块发热的原因

        一摸电源模块的表面,热乎乎的,模块坏了?且慢,有一点发热,仅仅只是因为它正努力地工作着。但高温对电源...

        发表于 2020-03-30 16:45 ? 456次阅读
        浅析引起电源模块发热的原因

        GPU跃升为领头羊 以FPGA为主的英特尔也加紧...

        人工智能(AI)热潮持续攀升,AI晶片的竞争也日趋激烈,而GPU近年来可说是跃升为AI晶片领头羊。为...

        发表于 2020-03-30 16:37 ? 133次阅读
        GPU跃升为领头羊 以FPGA为主的英特尔也加紧...

        浅谈运动控制卡的功能及使用

        关于运动控制卡,其实现基于PC的界面,强大的PC功能,两者相互结合,从而使得于东控制器的能力达到了顶...

        发表于 2020-03-30 14:30 ? 551次阅读
        浅谈运动控制卡的功能及使用

        Micron和Achronix提供下一代FPGA...

        2018年11月-MicronTechnology,Inc.(纳斯达克交易代码:MU)日前宣布推出其...

        发表于 2020-03-30 17:32 ? 223次阅读
        Micron和Achronix提供下一代FPGA...

        蜂鸟FPGA开发板及蜂鸟JTAG下载器讲解说明

        perips目录主要用于存放各种外设(Peripherals)模块的Verilog RTL代码,譬如...

        发表于 2020-03-30 17:23 ? 497次阅读
        蜂鸟FPGA开发板及蜂鸟JTAG下载器讲解说明

        选择合适的连接器 有以下这些方法

        要让40个管脚的小脚丫FPGA核心板能够像孙猴子一样神通广大,那就得扩展啊,不仅要支持目前市场上主流...

        发表于 2020-03-30 16:54 ? 194次阅读
        选择合适的连接器 有以下这些方法

        赛灵思FPGA成为设计人员构建卷积神经网络的首选

        人工智能正在经历一场变革,这要得益于机器学习的快速进步。在机器学习领域,人们正对一类名为“深度学习”...

        发表于 2020-03-30 14:08 ? 150次阅读
        赛灵思FPGA成为设计人员构建卷积神经网络的首选

        摩尔定律将要谢幕 未来将是FPGA的天下

        整整50年来,计算机的底层元件都遵从着“摩尔定律”:在价格不变的情况下,集成在芯片上的晶体管数量每隔...

        发表于 2020-03-30 11:31 ? 451次阅读
        摩尔定律将要谢幕 未来将是FPGA的天下

        中美严峻局势下 国产FPGA迎来历史性发展机遇

        2020年03月30日,在今天举行的南京国际集成电路技术达摩论坛上,深圳市紫光同创电子有限公司常务副总...

        发表于 2020-03-30 11:26 ? 273次阅读
        中美严峻局势下 国产FPGA迎来历史性发展机遇

        赛灵思FPGA的创新赋能:全球首个无人机5G基站

        在日前上海举行的首届中国国际进口博览会(进博会)上,电子资讯在赛灵思展台上看到了全球首款无人机5G...

        发表于 2020-03-30 18:08 ? 799次阅读
        赛灵思FPGA的创新赋能:全球首个无人机5G基站

        在AI芯片领域 赛灵思认为FPGA芯片将是重头戏

        3月19日,全球第一大FPGA厂商赛灵思公司新任总裁兼CEOVictorPeng表示,要进一步推动计...

        发表于 2020-03-30 17:30 ? 386次阅读
        在AI芯片领域 赛灵思认为FPGA芯片将是重头戏

        莱迪思宣布进入网络边缘计算市场的AI领域 发挥F...

        根据市场调研机构Semico Research提供的数据显示,未来五年内,使用人工智能的网络边缘设备...

        发表于 2020-03-30 17:25 ? 247次阅读
        莱迪思宣布进入网络边缘计算市场的AI领域 发挥F...

        NVIDIA能比FPGA速度更快的处理所有与AI...

        13日报导,NVIDIA Corporation虽凭借通用GPU(GPGPU)登上人工智能(AI)芯...

        发表于 2020-03-30 17:20 ? 407次阅读
        NVIDIA能比FPGA速度更快的处理所有与AI...

        浪潮发布集成HBM2的FPGA AI加速卡F37...

        美国当地时间11月14日,在达拉斯举行的全球超算大会SC18上,浪潮发布集成HBM2高速缓存的FPG...

        发表于 2020-03-30 17:15 ? 307次阅读
        浪潮发布集成HBM2的FPGA AI加速卡F37...

        Virtex-7 H580T FPGA的演示

        Virtex-7 H580T是全球首款全可编程异构3D FPGA,具有最高速度的低抖动28Gbps收...

        发表于 2020-03-30 05:55 ? 410次阅读
        Virtex-7 H580T FPGA的演示

        如何在UltraScale+设计中使用Ultra...

        了解如何在UltraScale +设计中包含新的UltraRAM模块。 该视频演示了如何在Ultr...

        发表于 2020-03-30 05:50 ? 348次阅读
        如何在UltraScale+设计中使用Ultra...

        TMP411 ±1°C Programmable...

        TMP411设备是一个带有内置本地温度传感器的远程温度传感器监视器。远程温度传感器,二极管连接的晶体管通常是低成本,NPN或PNP型晶体管或二极管,是微控制器,微处理器或FPGA的组成部分。 远程精度为±1 °C适用于多个设备制造商,无需校准。双线串行接口接受SMBus写字节,读字节,发送字节和接收字节命令,以设置报警阈值和读取温度数据。 TMP411器件中包含的功能包括:串联电阻取消,可编程非理想因子,可编程分辨率,可编程阈值限制,用户定义的偏移寄存器,用于最大精度,最小和最大温度监视器,宽远程温度测量范围(高达150°C),二极管故障检测和温度警报功能。 TMP411器件采用VSSOP-8和SOIC-8封装。 特性 ±1°C远程二极管传感器 ±1°C本地温度传感器 可编程非理想因素 串联电阻取消 警报功能 系统校准的偏移寄存器 与ADT7461和ADM1032兼容的引脚和寄存器 可编程分辨率:9至12位 可编程阈值限...

        发表于 2020-03-30 16:35 ? 8次阅读
        TMP411 ±1°C Programmable...

        TMP468 具有引脚可编程的总线地址的高精度远...

        TMP468器件是一款使用双线制SMBus或I 2 C兼容接口的多区域高精度低功耗温度传感器。除了本地温度外,还可以同时监控多达八个连接远程二极管的温度区域。聚合系统中的温度测量可通过缩小;て荡嵘阅,并且可以降低电路板复杂程度。典型用例为监测服务器和电信设备等复杂系统中不同处理器(如MCU,GPU和FPGA)的温度。该器件将诸如串联电阻抵消,可编程非理想性因子,可编程偏移和可编程温度限值等高级特性完美结合,提供了一套精度和抗扰度更高且稳健耐用的温度监控解决方案。 八个远程通道(以及本地通道)均可独立编程,设定两个在测量位置的相应温度超出对应值时触发的阈值。此外,还可通过可编程迟滞设置避免阈值持续切换。 TMP468器件可提供高测量精度(0.75°C)和测量分辨率(0.0 625°C)。该器件还支持低电压轨(1.7V至3.6V)和通用双线制接口,采用高空间利用率的小型封装(3mm×3mm或1.6mm×1.6mm),可在计算系统中轻松集成。远程结支持-55°C至+ 150°C的温度范围。 特性 8通道远程二极管温度传感器精度:±0.75&...

        发表于 2020-03-30 16:05 ? 8次阅读
        TMP468 具有引脚可编程的总线地址的高精度远...