1. 前言

FPGA（Field Programmable Gate Array）是在PAL、GAL等可編程器件的基礎上進一步發(fā)展的產物。它是作為專用集成電路（ASIC）領域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點。

2. 如何為FPGA供電

當我將現(xiàn)場可編程門陣列 (FPGA) 連接到 DC/DC 轉換器的輸出端時，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在 DC/DC的 無法啟動。當我用示波器觀察電路時，我看到了圖 1。輸出電壓只是沒有進入穩(wěn)壓狀態(tài)。什么地方出了錯？

圖 1：由于該 FPGA 的高啟動負載和非常高的去耦電容，DC/DC 轉換器無法調節(jié)其輸出電壓

FPGA 對其電源提出了一些獨特的挑戰(zhàn)。例如，F(xiàn)PGA 供應商通常需要在其輸入電源上使用數百甚至數千微法拉 (μF) 的去耦電容，以在 FPGA 產生的不同頻率瞬變之間維持所需的 FPGA 電源電壓調節(jié)，并減少紋波在電源電壓上。

許多 FPGA 還需要特定的啟動時間（不太快也不太慢）和啟動單調性（V OUT在沒有任何向下移動的情況下沿直線達到其設定點）。

除了與 FPGA 相關的設計挑戰(zhàn)，越來越多的 FPGA 設計人員還必須為他們的 FPGA 設計電源。

作為 FPGA 專家，其中許多設計人員在電源設計方面經驗不足，因此需要一個非常簡單的電源——電源模塊是顯而易見的選擇。

電源模塊通過集成許多或所有所需的無源元件來實現(xiàn)簡單性。需要選擇的組件更少，設計時間更快更簡單?？刂苹芈费a償是首先集成到電源模塊中的功能之一，但這限制了設計的穩(wěn)定范圍——而且由于電容很大，內部補償的電源模塊可能不穩(wěn)定。

有關穩(wěn)定性的指導，請參閱器件數據表和應用筆記。TI 的許多TPS82xxx電源模塊中使用的DCS-Control拓撲非常穩(wěn)定，支持各種輸出電容。

非常小的電源模塊尺寸意味著可以使用的引腳更少。更少的引腳意味著更簡單的設備，但也意味著更少的功能。電源模塊中通常集成的另一個特性是軟啟動 (SS) 時間。此時間在某些電源模塊（如TPS82085）上內部設置，但可通過其他電源模塊（如TPS82130）上的電容器進行編程?？删幊?/span> SS 時間通常是滿足特定啟動時間要求所必需的，這對于啟動連接所有電容的電源模塊非常有幫助。

TPS82084/5 是經優(yōu)化的 2A/3A 降壓轉換器 MicroSiP?模塊，兼具小型解決方案尺寸和高效率優(yōu)勢。該電源模塊集成有同步降壓轉換器和電感，可簡化設計、減少外部元件并節(jié)省印刷電路板 (PCB) 面積。該器件采用緊湊的薄型封裝，適合通過標準表面貼裝設備進行自動組裝。

為了最大限度地提高效率，該轉換器以 2.4MHz 的標稱開關頻率工作在脈寬調制 (PWM) 模式下，并且會在輕負載電流時自動進入節(jié)能工作模式。在節(jié)能模式下，器件的工作靜態(tài)電流典型值為 17μA。憑借 DCS-Control 拓撲，該器件可實現(xiàn)出色的負載瞬態(tài)性能和精確的輸出穩(wěn)壓。器件的 EN 和 PG 引腳支持順序配置，可帶來靈活的系統(tǒng)設計。集成的軟啟動功能降低了輸入電源需要提供的浪涌電流。過溫保護和自動切斷短路保護功能使得該解決方案穩(wěn)健而可靠。

薄型 MicroSiP?電源模塊

DCS-Control 拓撲

效率高達 95%

17μA 工作靜態(tài)電流

-40°C 至 125°C 工作溫度范圍

斷續(xù)短路保護

2.5V 至 6V 輸入電壓范圍

可調輸出電壓：0.8V 至 VIN

可實現(xiàn)輕負載效率的省電模式

可實現(xiàn)最低壓降的 100% 占空比

輸出放電功能

電源正常狀態(tài)輸出

集成軟啟動，并支持預偏置啟動

3.解決問題

但是讓我們回到出了什么問題。在圖1所示的波形中，驅動FPGA及其電容時DC/DC轉換器無法啟動。本文解釋了詳細信息，但這里是解決問題的各種方法的簡短摘要：

· 使用電阻器、電容器、二極管 (RCD) 電路延遲啟動斜坡。

· 切換到帶有 SS 引腳的 DC/DC 轉換器以編程 SS 時間。

· 使用負載開關將 FPGA 與 DC/DC 去耦。