許多半導體設備,如FPGA,需要多個電源。
由於要求保護電源順序,所以有時需要電源的開關控制針和輸出電容器的放電功能。

本文將介紹FPGA用電源時序的注意點和方便的時序IC。

在序列之前確認

在考慮電源序列之前,確認電源IC和模塊的輸出電壓的轉換速率是很重要的。

為了抑制接通電源時的衝擊電流,需要保護電源時序。但是, 電源IC的輸出電壓的轉換速率陡峭時,衝擊電流變大。
最近的開關式穩壓器也有內置軟起動功能的產品,具有可以減少周邊部件,電路簡單的優點。
內置軟啟動的開關式穩壓器由於無法進行轉換速率控制,因此可能會發生峰值電流變大、電壓不單調增加等電源啟動問題,因此需要充分確認是否有問題。

但是,FPGA和DSP等,為了改善對負荷變動的應答性能而配置了很多電容器的情況下,有時電源啟動時的衝擊電流會變大。

圖1:不單調增加的啟動波形圖

電源序列的規定

確認電源輸出電壓的轉換速率沒有問題後,接下來確認電源序列。

FPGA的啟動序列是將多個電源線分組,決定為A組第1個、B組第2個……。
圖2是Intel®FPGA Stratix®V要求的電源序列。

請注意,如果不遵守此序列,大量的峰值電流會影響可靠性。
關機時也需要按照與開機時相反的順序關閉電源。

圖2 : StratixV電源序列

跟蹤功能

使用跟蹤功能,分組電源的輸出電壓會同時上升。

一般來說,電源IC或模組的型號不同,啟動電壓的轉換速率也不同。
其結果,即使啟動電源的信號是同時的,輸出電壓的上升的時間也會分散。

通過使用跟蹤功能,即使使用轉換速率不同的電源,也可以如圖3所示,以相同的轉換速率進行電壓的上升、下降。

圖3：跟蹤控制的波形

Analog Devices公司的LTC2923是可以进行跟踪控制的IC。

圖4：LTC2923電路圖

序列控制

由於FPGA需要多個電源,所以電阻電容序列控制的設計非常複雜。

通過使用微型電腦等也可以自由地進行序列控制,但是需要軟體的開發和12V作為主電源供給的情況下,最初需要僅由微型電腦供給電源的電路設計,硬體設計也變得複雜。

另外,由於最近的FPGA和DSP也要求關斷序列,因此利用電阻電容控制無法控制關斷序列,因此需要用於進行序列控制的解決方案。

Analog Devices’ PSM（Power System Management)

對於FPGA的電源序列，我們推薦Analog Devices公司的PSM系列產品LTC2977。

PSM產品不像微電腦那樣需要軟體發展,通過圖5所示的GUI變更內部的EEPROM的寄存器設定,可以簡單地定制電源序列。

圖5：PSM的GUI畫面

另外,LTC2977的可工作電壓範圍為15V,可直接輸入產業機器用途中使用的12V電源,無需像微控制器那樣具有與FPGA不同的控制電源電路。
這樣就可以通過簡單的電路結構來實現FPGA所要求的電源開/關順序。