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近年來(lái)，電子設備（應用）的多樣化與高性能化以驚人的速度不斷發(fā)展�？梢哉f(shuō)，這種趨勢使各產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期縮短，并給半導體技術(shù)帶來(lái)了巨大的發(fā)展空間。 在這種背景下，被稱(chēng)為FPGA的LSI為電子設備的開(kāi)發(fā)作出了巨大貢獻，它比以往任何時(shí)候更引人關(guān)注，市場(chǎng)規模不斷擴大。 1．何謂FPGA FPGA為Field Programmable Gate Array的縮寫(xiě)，意為在現場(chǎng)（Field）、可擦寫(xiě)（Programmable＝可編程）的、邏輯門(mén)（Gate）呈陣列（Array）狀排布的半定制LSI，簡(jiǎn)言之，即“后期電路可擦寫(xiě)邏輯元件”。 產(chǎn)品售出后也可進(jìn)行再設計，可順利進(jìn)行產(chǎn)品的更新以及新協(xié)議標準的應對。這是制成后內容即被固定的ASIC (Application Specific Integrated Circuit：特定應用定制IC）和ASSP （Application Specific Standard Product：特定應用的功能專(zhuān)業(yè)化的標準、市售IC）所沒(méi)有的、只有FPGA才具備的特點(diǎn)。 FPGA不僅具備可再編程的靈活性，隨著(zhù)近年來(lái)技術(shù)的發(fā)展，FPGA的高集成度、高性能化、低功耗化、低成本化也在不斷進(jìn)步，FPGA已經(jīng)逐漸具備了與ASIC和ASSP同等程度的功能，因此，在各種電子設備中的應用日益廣泛。 2．FPGA所需求的電源規格 ROHM于今年7月開(kāi)發(fā)出并發(fā)布了對應最新FPGA的、即Xilinx公司生產(chǎn)的28nm制程7系列的開(kāi)關(guān)穩壓控制器“BD95601MUV(1ch)”、“BD95602MUV(2ch)”。另外，還開(kāi)發(fā)出用于A(yíng)VNET Internix公司FPGA用開(kāi)發(fā)套件(Mini Module Plus)（照片1）的電源模塊板。（照片2） 
照片1：AVNET Internix公司生產(chǎn)的FPGA用開(kāi)發(fā)套件（Mini Module Plus）
照片2：ROHM電源模塊板 這兩種成為參考設計的電源IC性能非常好，而且通用性強，不僅可用于FPGA，還可在更廣泛的應用中使用。 最近的高端FPGA（此次AVNET Internix公司的開(kāi)發(fā)套件為Xilinx Kintex-7用），由于其制程工藝的微細化以及與其相應的低電壓化、內核部與接口部的電源分離以及數字電路與模擬電路的混裝等多電源化，必然需要先進(jìn)的電源管理。電壓精度當然要求低波紋，而且要求具備投入時(shí)序管理和優(yōu)異的負載瞬態(tài)響應性能。圖1為ROHM電源模塊的輸出結構，表示生成上述項目的各開(kāi)關(guān)穩壓控制器與電壓/電流。
圖1：電源模塊的輸出結構與FPGA的電源要求 這種模塊需要內部電路、I/O、RAM、收發(fā)器用等共8種電壓。以?xún)炔侩娐酚肰CCINT為例，電壓精度為±3%。 系統電壓等通常為±5%，因此，僅從比例考慮的話(huà)±3%可視為稍微苛刻的要求，但按實(shí)際的容許電壓考慮的話(huà)：3.3V±3%為3.3V±99mV，VCCINT＝1.0V±3%為1.0V±30mV即VCCINT的容差僅為±30mV，當電壓較低時(shí)，實(shí)際的容許電壓值要求嚴格。這對于具有波紋電壓的開(kāi)關(guān)穩壓器來(lái)說(shuō)是非�？量痰臈l件，如果負載瞬態(tài)響應速度不夠快，也很容易超出容許范圍。對于電源來(lái)說(shuō)，實(shí)現低電壓高電流輸出、高精度高穩定性是巨大的課題。 另外，不僅是電源精度，對于多數電源來(lái)說(shuō)，都已詳細規定了電源上電時(shí)序、斷電時(shí)序，不滿(mǎn)足這些要求就會(huì )發(fā)生FPGA不啟動(dòng)等問(wèn)題。 實(shí)現高速負載瞬態(tài)響應的ROHM開(kāi)關(guān)穩壓控制器 使這些FPGA可靠地啟動(dòng)、穩定地工作的開(kāi)關(guān)穩壓控制器“BD95601MUV(1ch)”、“BD95602MUV(2ch)”的主要規格如下。 【特點(diǎn)】 ●采用ROHM獨創(chuàng )的可高速負載瞬態(tài)響應的H3Reg控制方式 ●最高效率達95%以上 ●可選擇輕負載時(shí)進(jìn)行間歇脈沖控制的輕負載模式、重視低波紋控制的PWM連續控制模式、輕負載時(shí)防嘯叫控制的靜音輕負載模式 ●搭載實(shí)現多種電源時(shí)序的可調軟啟動(dòng)端子、P.G.輸出端子 ●搭載各種保護功能(OCP、SCP、UVLO、TSD) 參見(jiàn)表1�；旧�，兩種產(chǎn)品都是高效同步整流的降壓型控制器，不僅在重負載時(shí)的效率高，輕負載時(shí)的效率也很高。標準電壓為0.75V/0.7V，適用低電壓，±1%的精度對于前述的±3%的精度來(lái)說(shuō)具有充分的余量。不僅如此，通過(guò)ROHM獨創(chuàng )的H3RegTM控制模式實(shí)現了高速負載瞬態(tài)響應（圖2），非常適合用作FPGA電源。 表1：BD95601MUV(1ch)、BD95602MUV(2ch)的規格概要
圖2：負載電流急劇變動(dòng)也可用最小限的電壓降實(shí)現高速負載瞬態(tài)響應 【高速負載瞬態(tài)響應H3Reg控制】 為了提高負載瞬態(tài)響應的速度，有一種解決方案是使用恒定導通時(shí)間控制，但H3Reg控制是進(jìn)一步提高負載急劇變動(dòng)時(shí)的瞬態(tài)響應速度的、改進(jìn)型(改良形)恒定導通時(shí)間控制方式（圖3）。
圖3：ROHM獨創(chuàng )的高速負載瞬態(tài)響應H3Reg控制 ●為了與內部電壓控制比較器輸入的標準電壓(REF)進(jìn)行比較，將被分壓的輸出電壓反饋給FB引腳； ●在正常運行中，H3Reg控制器一旦檢測到FB引腳的電壓低于REF電壓，在下述公式規定的時(shí)間(tON)之內，導通高邊MOSFET的柵極(HG)，使輸出電壓上升；
●tON后HG一旦關(guān)斷，低邊MOSFET的柵極(LG)導通，FB引腳電壓開(kāi)始下降，當與REF電壓達到一致時(shí)關(guān)斷LG。 ●通過(guò)這樣的反復運行，保持輸出恒定； ●負載急劇變動(dòng)時(shí)，輸出降低、過(guò)了FB引腳電壓所規定的tON時(shí)間還沒(méi)有上升到REF電壓以上時(shí)，可通過(guò)延長(cháng)tON時(shí)間、供給更多的電力來(lái)加快輸出電壓的恢復,即提高負載瞬態(tài)響應特性； ●輸出電壓恢復，即返回正常運行。 3．整合FPGA參考設計，獲得優(yōu)異的電源特性 圖4為此次AVNET Internix Kintex7用ROHM電源模塊的VMGTAVtt輸出波形。由圖可見(jiàn)，VMGTAVtt為FPGA收發(fā)器用1.2V模擬電源，精度要求為±2.5%，最為苛刻。但是，1.2V輸出的BD95601MUV，波紋為5.6mV，誤差僅為0.47%。
圖4：電壓波紋波形 要想獲得優(yōu)異的電源，一種方法是利用電源模塊或FPGA套件的評價(jià)結束后，移植到實(shí)機時(shí)，采用參考設計；同時(shí)采用獨自進(jìn)行板上電源設計的也為數不少。 當然，值得強調的是，即使所有方面都進(jìn)行了優(yōu)化調整，如果IC自身性能不夠好，無(wú)論如何調整也無(wú)法獲得所述的優(yōu)異特性。設計開(kāi)關(guān)電源并不是一件簡(jiǎn)單輕松的事。除了計算元件常數，為了獲得最佳特性還要進(jìn)行元件的化學(xué)研究、基板設計，而且沒(méi)有調試就無(wú)法獲得真正的性能。 一直以來(lái)，ROHM在模擬設計技術(shù)方面擁有獨特優(yōu)勢，擁有可實(shí)現具有這樣卓越特性的模塊的元件選型和基板設計技術(shù)訣竅，并具備完善的客戶(hù)支持體制。 4．總結 如前所述，FPGA所需要的電源，實(shí)際使用插座連接的FMC（FPGA Mezzanine Card）有時(shí)布線(xiàn)會(huì )較長(cháng)，在特性方面要求更加苛刻。 在這種條件下，可以自豪的說(shuō)，之所以能夠供應滿(mǎn)足7系列高端FPGA電源需求的模塊，是因為ROHM同時(shí)擁有卓越的電源用IC與電源設計的技術(shù)。 另外，選擇作為綜合性半導體廠(chǎng)家ROHM的參考設計，客戶(hù)在品質(zhì)、可靠性、供應體制、服務(wù)支持、溝通等各個(gè)方面都可倍感安心，而且，ROHM不僅供應IC產(chǎn)品，還可一并供應分立器件等電氣電子元器件產(chǎn)品。 羅姆公司供稿 |
