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如何简化FPGA电源网易彩票系统管理?添加时间:2021-08-12 16:34
  

  (PLD)演变而来。自此之后,FPGA资源、速度和效率都得到快速改善,使FPGA成为广泛的计算和处理应用的首选解决方案,特别是当产量不足以证明专用

  FPGA取得快速发展,并广泛用于大规模部署。例如,继2013年试点项目中使用FPGA成功加快Bing搜索引擎的速度之后,Microsoft将配备FPGA的服务器使用范围扩展到云数据中心。

  典型的电路板输入电压为5 V、12 V、24 V和48 V,FPGA的输入电压范围则为低于1 V至约3 V。对于高输入电压(12 V、24 V、48 V),可能需要使用额外的降压稳压器来生成馈送给POL稳压器的中间总线)。在FPGA供电轨中,核电压需要最低的电压(约等于或低于1 V)和最高的精度(±3%或更优),电流电平约为几十安培,具体取决于FPGA资源的利用率。为了防止出现逻辑错误,不仅在直流条件下,而且在FPGA电流瞬态期间,电压波动都需要按照FPGA供电轨公差规格要求控制在几十毫伏之内。电源的直流精度越差,在瞬态条件下维持可用电源电压所需的旁路电容就越多。例如,假设采用±3%内核电压公差规格。使用精度为±1%的直流电源时,对应的瞬态公差为±2%。直流电源的精度较低(±2%)时,瞬态公差会更严格(±1%),相比之前的示例,需要更多的旁路电容。

  图1. 一种可行的FPGA电源树设计:高压输入电源(例如12 V、24 V或48 V)降至中间总线电压,然后馈送给为FPGA供电的POL稳压器。

  在最终进行设计变更、在另一种应用中重用设计、实施板裕量测试,以及在开发或现场运行期间动态优化系统功耗时,都需要基于默认的设定点调整或微调FPGA电源电压电平。在这种情况下,在电源反馈网络中采用多个不同电阻并联不是最快或最可行的解决方案。实现电压微调的一种方法是使用数模转换器DAC)来驱动稳压器的反馈网络(参见图2)。需要为微调程序编写软件代码,从模数转换器ADC)获取电源电压测量数据,以计算正确的DAC代码,然后缓慢将DAC输出调节至计算出的数字码,逐步稳定提高电源电压,在不会产生毛刺或过冲的情况下达到目标电压电平。这种微调程序需要重复实施,以确保不会因为组件随时间或温度变化出现偏移,进而导致电源偏离目标电压。

  监测FPGA电源电压、电流和故障条件,对于理解系统在不同场景下的健康状况和功耗至关重要,这是因为,FPGA是整个电子系统的核心。将这种理解和微调功能结合起来,可以避免为最坏的情况设计电源,从而节省成本和功率。此外,潜在的系统故障可能表现为FPGA功耗异常,从而在电路板或系统发生故障之前让主机控制器或维修人员及早发现问题。电压监测需要使用ADC,而电流监测还需要使用电平偏移电路将高电平电流检测电压转换为接地基准电压;例如,如图3所示,通过使用跨导放大器。

  图3. 用于监测POL电源输出电压、电流和功率的一种分立式电路可行方案。

  虽然我们还未探讨故障管理,但看了这一长串要求之后,您可能已头晕脑胀。当POL输出出现欠压或过压时,即在有效的电压窗口范围外时,会出现什么情况?应该只关闭故障电源?还是应该也关闭其他电源?如何消除导致系统板关断的故障?

  我们可以看到,FPGA的电源系统管理很快会变得非常复杂,从而分散对基本的FPGA应用的关注。注意,FPGA的电源树只是数字处理电路板上整个电源系统的一部分。上述大部分要求也适用于其他数字器件,例如ASIC、DSPGPU、SoC和微处理器。我们所需的是一个简单、可扩展且灵活的电源系统管理解决方案。

  LTC2972是一款双通道电源系统管理器,为FPGA、ASIC和处理器电路板增加了基于软件的全面监测、控制和黑盒故障记录功能,可加快产品上市,提升系统可靠性,以及优化电路板功耗(图4)。使用出色的16位ADC对POL电源输出电压实施微调、裕量调节和监测,总非调整误差(TUE)为0.25%,以提升电路板的功率和长期性能。因为能够严格控制POL输出电压,实现±0.25%的精度,所以在负载瞬态(在±3% FPGA供电轨规格下,精度为±2.75%)期间有很大的裕量,从而大幅减少所需的旁路电容并释放电路板空间。电源输出电流使用检测电阻、电感DCR,或者电源的IMON输出进行测量。电压和电流测量值在内部进行乘法运算,提供POL输出功率读数。

  图4. LTC2972是一款双通道电源系统管理器,提供中间总线电源监测和 POL输出功率监测。

  LTC2972内置电源时序控制、监控和EEPROM故障记录功能。通过将时间延迟写入内部寄存器或使用级联电源良好信号来完成时序控制。当POL输入电压、输出电压和温度以数字方式偏离可设置阈值上下限时,专用快速比较器发出故障信号。故障触发EEPROM黑盒记录,简化故障分析,并提供有关未来系统改进的相关见解。第一个故障命令提供关于系统故障原因的更多信息。故障信 息可灵活传播到其他电源或其他DPSM器件。

  LTC2972支持对POL转换器的中间总线输入实施电压、电流、功率和电能监控。为了管理、优化和降低电路板功耗,进而降低服务器和数据中心的散热和公用设施成本,必须监测电路板功率和电能使用状况。LTC2972通过PMBus接口(与电源管理和转换器件通信的行业标准)方便地提供输出电能(单位:焦耳)和运行时间,以减少繁重的轮询和计算任务。将LTC2972与POL输出电压、电流和功率这些数字测量值结合使用,就可以长期监测电源系统的转换效率。

  每个通道都配有可编程电源良好引脚或通用输入/输出(GPIO)引脚。LTC2972与其他电源系统管理器连接,可实现两个以上供电轨的时序和故障管理。使用通过I2C/SMBus 接口传输的兼容PMBus命令,可对电源系统实施灵活编程和数据回读。配置在支持ADI所有DPSM产品的 LTpowerPlay开发环境下完成(参见图5)。采用所需的应用特定配置进行内部EEPROM编程后,就无需为实现自动运行而编写软件代码。

  图5. 适用于DPSM产品的LTpowerPlay开发环境:无需为实现自动运行而编写代码。

  FPGA广泛应用于各种电子系统,甚至取代ASIC,但其周围具有复杂的电源系统。ADI公司提供多种DPSM产品来帮助简化电源系统管理。如果您以前从未用过DPSM,您可以试试LTC2972,这是一款入门级产品,能够解决数字处理电路板上复杂的电源系统问题。

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  MAXM15068AMB+ MaximIntegrated MAXM15068稳压器IC和电源模块

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  MAX25014ATG/V+ MaximIntegrated MAX25014汽车级4通道背光驱动器

  Integrated MAX25014汽车级4通道背光驱动器具有IC控制的脉宽调制 (PWM) 调光和混合调光功能,非常适合用于汽车仪表板和信息娱乐显示屏。集成电流驱动,每路可支持高达150mA LED灌电流。该器件采用2.5V至36.0V的宽输入电压范围,并能承受汽车负载突降事件。 内部电流模式直流-直流开关控制器可配置为升压或SEPIC拓扑,工作频率范围为400kHz至2.2MHz。集成的扩频有助于降低EMI。该器件采用自适应输出电压调节机制,可最大限度地降低LED电流驱动通路的功耗。 包含用于外部nMOSFET系列开关的控制,以降低背光关闭时的静态电流,并在发生故障时断开升压转换器。 MAX25014符合AEC-Q100标准,采用24引脚TQFN封装,设计用于在-40C至+125C温度范围内工作。 特性 宽电压范围运行 启动后工作电源电压低至2.5V 承受高达40V的负载突降 高度集成 完整的4通道解决方案,包括升压控制器 I2C控制,可最大限度地减少元件数量 ...

  LDO40LPU50RY STMicroelectronics LDO40L 低压差稳压器

  oelectronics LDO40L低压差稳压器是一款400mA、38V LDO,非常适合用于严苛的汽车环境。LDO40L稳压器的静态电流低至45uA,因此适合用于永久连接电池电源的应用。当点火开关关闭时且电子模块保持活动模式时,此特性尤其重要。 LDO40L具有各种嵌入式保护功能,包括电流限制和热关断。另外,LDO40L还具有-0.3V至40V输入电压范围、低压差以及低静态电流等特性,因此适合用于低功耗工业和消费类应用。 LDO40L低压差稳压器符合汽车应用类AEC-Q100标准,采用带可湿性侧翼的紧凑型DFN-6 (3x3) 封装。 特性 符合AEC-Q100标准(1级) 低静态电流:45A(无负载时的典型值) 高达38V的宽输入工作电压范围 低启动电压:3.5V 输出电流:高达400mA 输出电压选项: 可调电压:最低2.5V 固定电压:3.0V、3.3V、5.0V、8.5V 输出电压精度: 1%(25C时的典型值) 3%(包括线路...

  M95M04-DRMN6TP STMicroelectronics M95M04 4MB 串行EEPROM

  oelectronicsM95M04 4MB串行EEPROM组织为524288 x8位,通过SPI总线访问。这些EEPROM的电源电压范围为1.8V至5.5V,保证工作温度范围为-40C至85C。这些串行EEPROM具有512字节识别页面,用于存储敏感的应用参数,这些参数可永久锁定在只读模式下。 特性 兼容SPI总线字节页面大小 额外识别页面 增强ESD保护 封装: SO8n(m95m04-drmn6tp) tssop8(m95m04-drdw6tp) 规范 写入时间: 5ms内字节写入 5ms内页面写入 最高时钟频率:10MHz 单电源电压:1.8V至5.5V 工作温度范围:-40C至85C 超过4百万次写入循环 数据保留超过40年 功...

  MAX20087ATPA/VY+ Maxim Integrated MAX2008x相机电源保护IC

  Integrated MAX2008x相机电源保护IC是双路/四路相机保护器IC,可为四个输出通道中的每一个提供高达600mA负载电流。这些IC采用3V至5.5V电源供电,相机电源电压范围为3V至15V,在300mA时输入至输出电压降为110mA(典型值)。MAX2008x IC具有使能输入和IC接口,用于读取器件的诊断状态。该IC设有板载ADC,可通过每个开关读取电流。MAX2008x相机电源IC包括分别在每个输出通道上的过热关断和过流限制。该电源保护IC的理想应用是雷达和相机模块同轴电缆供电。 特性 小尺寸解决方案: 多达四个600mA保护开关 输入电源:3V至15V 3V至5.5V服务电源 26V电池短路隔离 可调电流限制:100mA至600mA 可选I2C地址 小型 (4mm x 4mm) 20引脚SWTQFN封装 精度: 电流限制精度:8% 0.5ms软启动 0.25ms软关断 关断电流:0.3A 压降:110m...

  MAXM17635AMG+ Maxim Integrated MAXM17633、MAXM17634、MAXM17635电源模块

  IntegratedMAXM17633、MAXM17634和MAXM17635电源模块是一系列稳压器IC和电源模块。这些器件实现散热更好、尺寸更小且更加简单的电源解决方案。MAXM17633、MAXM17634和MAXM17635具有集成控制器、MOSFET、补偿元件和电感器,可在宽输入电压范围内工作。该模块在4.5V至36V输入范围内工作,可提供高达2A输出电流。 特性 简单易用 宽输入范围:4.5V至36V 0.9V至12V可调输出 (MAXM17635) 3.3V和5V固定输出电压版本(MAXM17633和MAXM17634) 400kHz至2.2MHz可调频率,可实现与外部时钟同步 反馈精度:1.2% 输出电流:高达2A 内部补偿 陶瓷电容器 高效率 可选的PWM、PFM或DCM工作模式 关断电流:低至2.8A(典型值) 灵活的设计 可编程软启动和预偏置启动 ...

  MAXM17630AME+ Maxim Integrated MAXM17630 MAXM17631和MAXM17632电源模块

  Integrated MAXM17630、MAXM17631和MAXM17632喜马拉雅uSLIC降压电源模块可用来设计散热更好、尺寸更小、更加简单的电源解决方案。MAXM17630和MAXM17631是高效同步降压型DC-DC模块,具有集成控制器、MOSFET、补偿元件和电感器,可在宽输入电压范围内运行。 该电源模块的工作电压范围为4.5V至36V,可提供高达1A的输出电流。MAXM17630和MAXM17631模块分别具有3.3V和5V固定输出电压。MAXM17632模块具有可调输出电压(0.9V至12V)。该器件提供真正的即插即用电源解决方案,大大降低了设计复杂性和制造风险,缩短了上市时间。内部补偿覆盖整个输出电压范围,因此无需外部补偿元件。 MAXM17630/MAXM17631/MAXM17632电源模块采用峰值电流模式控制架构,可在脉宽调制 (PWM) 、脉频调制 (PFM) 或断续导通模式 (DCM) 下工作,从而在轻负载条件下实现高效率。该模块系列在-40C至+125C范围内的反馈电压调节精度为1.2%。 MAXM17630/MAXM17631/MAXM17632电源模块采用紧凑的薄型16引脚3mmx3mmx1.75mm uSLIC封装,且可提供仿真模...

  NCV8165 LDO稳压器 500 mA 低压差 超低Iq 超高PSRR 超低噪声

  5是一款LDO(低压降稳压器),能够提供500 mA输出电流。 NCV8165器件旨在满足RF和模拟电路的要求,具有低噪声,高PSRR,低静态电流和非常好的负载/线路瞬态。该器件设计用于1μF输入和1μF输出陶瓷电容。提供DFNW8 0.65P,3 mm x 3 mm x 0.9 mm封装。 类似产品: NCV8160 NCV8161 NCV8163 NCV8165 输出电流(A) 0.25 0.45 0.25 0.50 PSRR f = 1 kHz(dB) 98 98 92 85 噪音(μV RMS ) 10 10 6.5 8.5 特性 优势 超高PSRR在1 kHz时为85dB,在100 kHz时为63dB 非常适用于Wi-Fi模块等功耗敏感设备 超低输出噪声8.5μV RMS 非常好适用于噪声敏感应用 超低静态电流12μA 在轻载条件下提高效率 工作输入电压范围1.9V至5.5V 适用于电池供电设备 极低压差200mV,500mA 满载时的低功耗 应用 终端产品 A / D和D / A转换器电源 音频编解码器 电池供电设备 相机模块 RF模块 WiGig电源 LP5907或LP5912升级 汽车设备点负载调节 信息娱乐,车身控制和导航 远...

  是1 A LDO,配有NMOS passtransistor和独立的偏置电源电压(VBIAS)。该器件提供非常稳定,精确的输出电压和低噪声,适用于空间受限,噪声敏感的应用。为了优化电池供电的便携式应用的性能,NCP139具有低IQ消耗。 WLCSP6 1.2 mm x 0.8 mmpackage经过优化,适用于空间受限的应用。 类似产品: NCP13x系列 NCP130 NCP133 NCP134 NCP135 NCP137 NCP139 输出电流(A) 0.3 0.5 0.5 0.5 0.7 PSRR f = 1kHz(dB) 70 70 td

  60 压差电压(V) 0.060 0.090 0.090 0.053 0.060 0.060 特性 优势 超低压降典型的。 40mV 允许节省功率并以非常低的Vin-Vout电压工作。 可调电压版本 低压Vcore应用的最佳选择 在1 A负载下典型的50 mV压降。 最大限度地减少调节器的功率损失 保证输出电流从0到1 非常好的选择用于高电流应用 0.5%典型输出电压精度 非常适合POL应用 输出超过1 A的电流 输出有效可用的放电选项 应用 终端产品 电池供电和便携式设备 智能手机,...

  是一款线 mA输出电流。 NCP161器件旨在满足RF和模拟电路的要求,可提供低噪声,高PSRR,低静态电流和非常好的负载/线路瞬态。该器件设计用于1μF输入和1μF输出陶瓷电容。它有两种厚度的超小0.35P,0.65 mm x 0.65 mm芯片级封装(CSP),XDFN-4 0.65P,1 mm x 1 mm和TSOP5封装。 类似产品:

  V-A是一个1通道降压型开关稳压器。 特性 优势 不受负载影响的软启动电路。 电源电路稳定运行。 频率FOLD BACK为负时下垂。 过流保护 内置逐脉冲OCP电路。通过使用外部MOS的导通电阻来检测。 过流保护 开启/关闭功能(启用控制) 可在外部启用控制 同步整流的1通道降压型开关稳压控制器方法 电路图、引脚图和封装图

  QA是一个1ch降压电压开关稳压器。 特性 1ch降压开关稳压控制器 与负载无关的软启动电路 频率折返功能 开/关功能 内置逐脉冲OCP电路。通过使用外部MOS的导通电阻进行检测。 电路图、引脚图和封装图

  NCP81274 具有省电模式和PWM VID接口的多相同步降压控制器

  74是一款多相同步控制器,针对新一代计算和图形处理器进行了优化。该器件能够驱动多达8个相位,并集成差分电压和相电流检测,自适应电压定位和PWM_VID接口,为计算机或图形控制器提供精确调节的电源。集成的省电接口(PSI)允许处理器将控制器设置为三种模式之一,即所有相位接通,动态相位脱落或固定低相位计数模式,以在轻载条件下获得高效率。双边沿PWM多相架构可确保快速瞬态响应和良好的动态电流平衡。 应用 终端产品 GPU和CPU电源 图形卡的电源管理 台式电脑 笔记本电脑 电路图、引脚图和封装图...

  NCP81276 具有省电模式和PWM VID接口的多相同步降压控制器

  76是一款多相同步控制器,针对新一代计算和图形处理器进行了优化。该器件能够驱动多达4个相位,并集成差分电压和相电流检测,自适应电压定位和PWM_VID接口,为计算机或图形控制器提供精确调节的电源。集成的省电接口(PSI)允许处理器将控制器设置为三种模式之一,即所有相位开启,动态相位脱落或固定低相位计数模式,以在轻载条件下获得高效率。双边沿PWM多相架构可确保快速瞬态响应和良好的动态电流平衡。 应用 终端产品 GPU和CPU电源 图形卡电源管理 台式电脑 笔记本电脑 电路图、引脚图和封装图...

  JA是一个降压电压开关稳压器。 特性 优势 宽输入动态范围:4.5V至50V 可在任何地方使用 内置过流逐脉冲保护电路,通过外部MOSFET的导通电阻检测,以及HICCUP方法的过流保护 烧伤保护 热关闭 热保护 负载独立软启动电路 控制冲击电流 外部信号的同步操作 它可以改善发生两个稳压器IC之间的振荡器时钟节拍 电源正常功能 稳定性操作 外部电压为输出电压高时可用 应用 降压方式开关稳压器 电路图、引脚图和封装图...

  38是一款双同步降压控制器,经过优化,可将电池电压或适配器电压转换为台式机和笔记本电脑系统所需的多个电源轨。 NCP81038包括两个降压开关控制器,通道2上固定5.0 V输出,通道1上3.3 V,两个板载LDO,三个输出:5 V / 60 mA和3.3 V或12 V / 10 mA。 NCP81038支持高效率,快速瞬态响应并提供电力信号。安森美半导体专有的自适应纹波可控制器从CCM到DCM的无缝过渡,其中转换器运行时降低了开关频率,在轻载时具有更高的效率。该器件的工作电源电压范围为5.5 V至28 V 电路图、引脚图和封装图...

  48是一款双同步降压控制器,经过优化,可将电池电压或适配器电压转换为台式机和笔记本电脑系统所需的多个电源轨。 NCP81148由两个降压开关控制器组成,通道2上固定5.0 V输出,通道1上为3.3 V,两个板载LDO具有三个输出:5 V / 60 mA和3.3 V或12 V / 10 mA。 NCP81148支持高效率,快速瞬态响应并提供电力商品信号。安森美半导体专有的自适应纹波可控制器从CCM到DCM的无缝过渡,其中转换器运行时降低了开关频率,在轻载时具有更高的效率。该器件的工作电源电压范围为5.5 V至28 V. 电路图、引脚图和封装图...

  0是一款集成电源控制IC,具有I 2 C接口。它结合了高效,多相,同步降压开关稳压控制器和I 2 C接口,可实现关键系统参数的数字编程。 特性 优势 I 2 C 启用关键系统参数的数字化编程 快速增强型PWM弹性模式架构 出色的负载瞬态性能 应用 终端产品 CPU Vcor​​e 游戏,桌面,服务器 电路图、引脚图和封装图

  NCP4208 同步降压转换器 8相 VR11.1可编程 带I2C接口

  8是一款集成电源控制IC,具有I 2 C接口。 NCP4208是一款高效,多相,同步降压开关稳压控制器,可帮助设计高效率和高密度解决方案。 NCP4208可编程为1,2,3,4,5,6,7或8相操作,允许构建多达8个互补降压开关级。 特性 优势 快速增强PWM 出色的负载转换性能 应用 终端产品 CPU Vcor​​e 台式电脑,服务器 电路图、引脚图和封装图