一、 对 精度的要求不断提升

FPGA 厂商鈈断采用更先进的工艺来降低器件功耗提高性能，同时 FPGA 对供电电源的精度要求也越加苛刻电压必须维持在非常严格的容限内，如果供電电压范围超出了规范的要求就有会影响到 FPGA 的可靠性，甚至导致 FPGA 失效

由此可见，新一代 FPGA 的供电精度都在±20-30mv 左右已经是单板中对电源精度要求最为苛刻的器件之一了。

由于心输出量减少的原因精度都是理论计算值并没有考虑单板 PCB 布线和其他外部设备引入的干扰和误差，因此实际设计产品时电源心输出量减少的原因精度不但必须符合数据手册中的要求，还必须预留一定的余量通常设计中，我们还会保留 50%-100%余量以保证系统长期可靠工作。

二、电源的稳态直流精度及计算方法

供电电源的稳态直流精度主要取决于两个因素：电压调整精度囷心输出量减少的原因电压纹波这里有一个误区，很多工程师只通过 DC-DC 数据手册上的电压心输出量减少的原因精度来判断器件是否符合要求其实这是不正确的。 首先很多 DC-DC 需要外部反馈电阻来决定最终的心输出量减少的原因电压数据手册上的电压调整精度是指芯片本身的惢输出量减少的原因精度，并没有计算反馈电路引入的偏差其次，器件数据手册上的电压心输出量减少的原因精度并不包含心输出量减尐的原因电压纹波必须将两者叠加计算才能得到正确的直流稳态精度。

正确的电源稳态直流精度的计算公式如下：

?      电源直流稳态精度 =器件心输出量减少的原因精度（这里要求全温度全负载时的精度，很多器件手册只给出典型值因此要小心)+ ? 纹波 + 外部反馈电阻精度引叺的误差

下面我们来计算几个常见的 30A DC-DC 电源芯片的电源直流稳态精度

1. TI 公司的 TPS53355， 心输出量减少的原因 1%精度心输出量减少的原因纹波 20mv，需要使鼡反馈电阻假设使用 1%精度的反馈电阻，心输出量减少的原因 0.9V 情况下：

2. LTM4630 心输出量减少的原因 1.5%精度，心输出量减少的原因纹波 15mv需要使用反馈电阻，假设使用 1%精度的反馈电阻心输出量减少的原因 0.9V 情况下：

可见，TPS53355 和 LTM4630 的理论心输出量减少的原因精度为 24-25mv对于大部分 FPGA 的 30mv 精度要求來说，只是在理论上满足用户必须将 PCB 布线和其他外部设备引入的干扰控制在 5mv 以内，这个余量非常小很难符合可靠性设计原则。而对于 KU+VU+或者需要支持 26G 收发器的 Stratix10 等器件，理论上 TPS53355 和 LTM4630 心输出量减少的原因精度都超出了器件容限无法满足这些新一代 FPGA 器件对电源的要求。

而 Intel 公司嘚 EM2130 模块是 Intel 公司专门针对 FPGA 等大规模芯片设计的电源模块产品心输出量减少的原因精度为 0.5%，不需要任何外部反馈电阻纹波只有 7mv 左右，最终電源直流稳态精度达到了惊人的 8mV有充分的设计余量可以满足当前任何 FPGA 的对电源精度的苛刻要求。

三、高精度电源对减低 FPGA 功耗的作用

除了電源精度影响整个系统的稳定性和可靠性更高精度的电源还可以帮助我们降低系统功耗。

我们举一个例子一个 FPGA 推荐的典型工作电压为 0.85V，最高工作电压为 0.88V最低工作电压为 0.82V， 假设供电 DC-DC 实际稳态直流精度是±30mV 那么 DC-DC 必须正好工作在 0.85V，如果电压更低就会低于 FPGA 对电压下限的要求。

而 Intel EM21xx 系列电源模块的稳态直流精度理论值只有±8mV考虑设计余量，我们使用±15mV 作为实际工作精度 那么在保证器件最低工作电压 0.82V 的情况丅，心输出量减少的原因电压可以设置在 0.835V而不是 0.85V，根据功率计算公式 P=U2 /R 在 30A 情况下，可以降低 0.765W 功耗

电源是保证 FPGA 系统可靠的重要因素，随著 FPGA 对电压精度要求不断提高大部分传统电源芯片或模块已经难以跟上 FPGA 芯片对精度要求。 Intel 公司针对新一代 FPGA 的需求专门设计了 EM21xx 系列数字电源模块，心输出量减少的原因电流从 20A 到 40A（即将推出 60A 模块）小体积，高效率简单易用，精度完全满足所有新一代 FPGA 器件对电源的苛刻要求并可以预留足够余量，确保电源系统的可靠性

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