许多半导体设备,如FPGA,需要多个电源。
由于要求保护电源顺序,所以有时需要电源的开关控制针和输出电容器的放电功能。

本文将介绍FPGA用电源时序的注意点和方便的时序IC。
 

在序列之前确认

在考虑电源序列之前,确认电源IC和模块的输出电压的转换速率是很重要的。

为了抑制接通电源时的冲击电流,需要保护电源时序。但是, 电源IC的输出电压的转换速率陡峭时,冲击电流变大。
最近的开关式稳压器也有内置软起动功能的产品,具有可以减少周边部件,电路简单的优点。
内置软启动的开关式稳压器由于无法进行转换速率控制,因此可能会发生峰值电流变大、电压不单调增加等电源启动问题,因此需要充分确认是否有问题。

但是,FPGA和DSP等,为了改善对负荷变动的应答性能而配置了很多电容器的情况下,有时电源启动时的冲击电流会变大。

图1:不单调增加的启动波形图

电源序列的规定

确认电源输出电压的转换速率没有问题后,接下来确认电源序列。

FPGA的启动序列是将多个电源线分组,决定为A组第1个、B组第2个……。
图2是Intel®FPGA Stratix®V要求的电源序列。

请注意,如果不遵守此序列,大量的峰值电流会影响可靠性。
关机时也需要按照与开机时相反的顺序关闭电源。

图2 : StratixV电源序列

跟踪功能

使用跟踪功能,分组电源的输出电压会同时上升。

一般来说,电源IC或模块的型号不同,启动电压的转换速率也不同。
其结果,即使启动电源的信号是同时的,输出电压的上升的时间也会分散。

通过使用跟踪功能,即使使用转换速率不同的电源,也可以如图3所示,以相同的转换速率进行电压的上升、下降。

图3：跟踪控制的波形

Analog Devices公司的LTC2923是可以进行跟踪控制的IC。

图4：LTC2923电路图

序列控制

由于FPGA需要多个电源,所以电阻电容序列控制的设计非常复杂。

通过使用微型计算机等也可以自由地进行序列控制,但是需要软件的开发和12V作为主电源供给的情况下,最初需要仅由微型计算机供给电源的电路设计,硬件设计也变得复杂。

另外,由于最近的FPGA和DSP也要求关断序列,因此利用电阻电容控制无法控制关断序列,因此需要用于进行序列控制的解决方案。

Analog Devices’ PSM (Power System Management)

对于FPGA的电源序列，我们推荐Analog Devices公司的PSM系列产品LTC2977。

PSM产品不像微电脑那样需要软件开发,通过图5所示的GUI变更内部的EEPROM的寄存器设定,可以简单地定制电源序列。

图5：PSM的GUI画面

另外,LTC2977的可工作电压范围为15V,可直接输入产业机器用途中使用的12V电源,无需像微控制器那样具有与FPGA不同的控制电源电路。
这样就可以通过简单的电路结构来实现FPGA所要求的电源开/关顺序。