通常除了電源精度影響整個系統的穩定性和可靠性,更高精度的電源還可以幫助我們降低系統功耗。
FPG[**] 廠商不斷采用更的工藝來降低器件功耗,提高性能,同時 FPG[**] 對供電電源的精度要求也越加苛刻,電壓必須維持在非常嚴格的容限內,如果供電電壓范圍超出了規范的要求,就有會影響到 FPG[**] 的可靠性,甚至導致 FPG[**] 失效。
無論是 Intel ([**]ltera)FPG[**] 還是 Xilinx FPG[**] 均在數據手冊中明確提出了電源精度要求,其中要求的是內核和高速收發器的供電。舉例來看,Intel 公司的 Cyclone V、Cyclone 10 GX、[**]rria10、Stratix 10 的電源精度要求在±30mV 以內。
[**]rria10 的 core 和 transceiver 數據手冊上的供電要求(±30mV):
Stratix10 的 core 和 transceiver 數據手冊上的供電要求(±30mV):
如果 Stratix10 需要支持 26.6G transceiver 時,收發器供電精度要求 ±20mV 以內:
Xilinx 公司的 [**]rtix 7、Kintex7、Virtex 7 等器件電源精度要求也是在±30mV 以內,KU+、VU+器件要求電源精度必須達到±22mV 以內。
Kintek Ultrascale+的 core 和 transceiver 數據手冊上的供電要求(±22mV):
由此可見,新一代 FPG[**] 的供電精度都在±20-30mv 左右,已經是單板中對電源精度要求苛刻的器件之一了。
由于輸出精度都是理論計算值,并沒有考慮單板 PCB 布線和其他外部設備引入的干擾和誤差,因此實際設計產品時,電源輸出精度不但必須符合數據手冊中的要求,還必須預留一定的余量,通常設計中,我們還會保留 50%-99%余量,以保證系統長期可靠工作。
電源的穩態直流精度及計算方法
供電電源的穩態直流精度主要取決于兩個因素:電壓調整精度和輸出電壓紋波。這里有一個誤區,很多工程師只通過 DC-DC 數據手冊上的電壓輸出精度來判斷器件是否符合要求,其實這是不正確的。
首先很多 DC-DC 需要外部反饋電阻來決定最終的輸出電壓,數據手冊上的電壓調整精度是指芯片本身的輸出精度,并沒有計算反饋電路引入的偏差。其次,器件數據手冊上的電壓輸出精度并不包含輸出電壓紋波,必須將兩者疊加計算才能得到正確的直流穩態精度。
正確的電源穩態直流精度的計算公式如下:
電源直流穩態精度 =器件輸出精度(這里要求全溫度,全負載時的精度,很多器件手冊只給出典型值,因此要小心)+ ? 紋波 + 外部反饋電阻精度引入的誤差。
高精度電源對減低 FPG[**] 功耗的作用
我們舉一個例子,一個 FPG[**] 推薦的典型工作電壓為 0.85V,工作電壓為 0.88V,工作電壓為 0.82V, 假設供電 DC-DC 實際穩態直流精度是±30mV ,那么 DC-DC 必須正好工作在 0.85V,如果電壓更低,就會低于 FPG[**] 對電壓下限的要求。