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Stratix II FPGA系统电源绝缘测试设计
浏览: 发布日期:2017-09-03


本页文章链接: http://www.ming-hua.com/huanyangban/2017/0905/11152.html
引言  Stratix II是ALTERA公司生产的一款高性能FPGA器件。它采用TSMC的90 nm低k绝缘工艺技术生产,等价逻辑单元(LE)高达180 k,嵌入式存储器容量达到9 MB。该器件不但具有极高的性能和密度,而且还针对器件总功率进行了优化,同时可以支持高达1 Gbps的高速差分I/O信号,因而是一款超快的FPGA。该芯片中所含的高性能嵌入式DSP块的运行频率高达370 MHz。另外Stratix II还有12个可编程PLL,并具有健全的时钟管理和频率合成能力。能实现最大的系统性能。  MAX1951是MAXIM公司的一款高效的DC-DC电源转换芯片,主要用于DSP、FPGA、ASIC的内核及I/O口供电。其高达94%的转换效率、8脚的SOP表贴封装及连续工作时956 mW的低功耗使其特别适合于便捷式电子设备的应用。MAX1951的输入电压范围为2.6~5.5 V,输出电压范围为0.8 V~Vin(可调输出),输出电流可达2 A,精度可达1%,开关频率为1 MHz,输出效率达94%,且内含过载及过热保护电路  基于MAX1951的诸多特点,本文给出了采用该器件为Stratix II FPGA系统供电以降低其功耗的设计方案。  1 应用设计  采用MAX1951为Stratix II FPGA系统供电的参考电路如图1所示。  1.1 输入器件参数的设计  输入滤波电容主要是用来降低供电系统的电流峰值、电压纹波和电路开关噪声的影响,使芯片的输入电压纹波控制在3%以下。系统输入电源的纹波电压与输入滤波电容的关系式如下:  VIN_RIPPLE=IOUTVOUT/(fSWVINCIN)  图1中,R4、C5、C3分别为旁路电阻、旁路电容及参考旁路电容,一般取图中定值即可。  1.2 输出器件参数设计  (1) 输出分置电阻  一般默认设计的反馈输入电压为0.8 V,也可以根据所要输出的电压VOUT来设计R2,R3的阻值,一般取R2的值在2~20 kΩ之间。这样,R3值的计算式如下:  R3=R2[(VOUT/VFB)-1]   (1)  (2) 输出电感  该电路的输出电感、最大允许电流的输出纹波电压的计算式如下:  LINIT=VOUT(VIN-VOUT)/(VINLIRIOUT(MAX)fSW   (2)  IL(MAX)=(1+LIR/2)IOUT(MAX)    (3)  VRIOPPLE=VOUT(VIN-VOUT)ESR/(VINLFINAIfSW)   (4)  式中,LIR为电感电流峰值/电感最大平均电流,在对电感尺寸、损耗、输出纹波等参数加以权衡后,一般最小电感电流纹波LIR应设置在20%至40%之间。MAX1951的工作频率SW为1 MHz。其中ESR为输出电容的等效串联电阻,在其生产厂家的网站上可以查到相应容量的ESR值。如采用常用的AVX-TAJA106*010,则其ESR为3Ω。  在选取电感时应注意,很多新型器件对电源要求都比较高。所以应尽量加大输出电感容量以降低纹波(但要以牺牲尺寸为代价)。在其饱和电流满足设计要求的前提下,电感的阻抗应越小越好。因为电感的容量跟其所承受的最大电流成反比,同时在加大电流和电感容量的同时,也会大大增加电感的尺寸及价格,这在便捷设备的设计初期一定要注意。


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