FPGA电源设计挑战：我可以使用PMIC吗？

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在设计具有现场可编程门阵列（FPGA）的系统时，系统设计人员可以获得三个好处：可重编程性，性能可扩展性和快速上市时间。但是，设计师也必须克服挑战。在这篇文章中，我将讨论电源管理集成电路（PMIC）如何减少这些挑战的影响，同时仍然提供系统电源集成的好处。

FPGA因其可重编程性而广受欢迎：设计人员可以为许多不同的应用配置相同的FPGA，并且FPGA允许在设计周期的后期进行设计更改 - 即使在产品发布后也是如此。尽管FPGA易于重新编程或重新配置，但PMIC通常与重编程性无关。但是，具有外部可配置性的PMIC可以补充可重编程性。外部可配置设备使用外部硬件（如电阻和启用引脚）来设置设备的默认设置。当您需要更改输出电压或上电顺序时，可以轻松更换外部组件以调整设置。

在图1中，DC / DC降压转换器使用电阻分压器设置输出电压，该分压器从输出电压连接到GND，两个电阻的中心节点连接到转换器的反馈引脚。这使您可以轻松更改输出电压，而无需使用一次性可编程（OTP）或电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）设置对PMIC进行重新编程。此外，每个稳压器都有启用引脚以启动启动。简单的排序要求使您可以灵活地将调节器以菊花链方式进行上电排序，同时外部测序电路或定序器可以管理复杂的测序要求。

图1：TPS65023上 DCDC3的外部使能和电阻分压器

ti 针对Xilinx的集成电源参考设计Artix-7，Spartan-7和Zynq-7000 FPGA采用外部可配置的PMIC，可轻松更改电源排序和输出电压（图2）。TPS65023上的每个稳压器都可以在外部进行硬件配置。

图2： Xilinx Artix-7，Spartan-7和Zynq-7000 FPGA参考设计框图

TPS65086100是TI首款来自TPS65086xx系列的客户可编程PMIC。您可以为原型样品和生产单元对器件进行编程。您还可以使用带有插座式TPS650861 BoosterPack™插件模块的MSP430™LaunchPad™开发套件，将默认电压，排序和通用输入/输出（GPIO）行为编程到非易失性OTP存储器中。或者，您可以直接在电路板或TPS650860评估模块上对器件进行编程，以进行测试。TPS65086100具有多种示例配置，可快速适应某些最流行的FPGA和多处理器片上系统（MPSoC），如Xilinx Zynq UltraScale +系列。它还有第二个OTP内存保留，以防需求发生变化，您需要对设备进行重新编程。

FPGA支持平台可扩展性，因为它们的内核具有可扩展性。通常，您可以将高端FPGA转变为低端系统的低端FPGA。具有内置可扩展性的电源解决方案使系统可以进行扩展，几乎不需要重新设计。具有外部场效应晶体管（FET）的PMIC提供输出电流可扩展性，同时允许您使用相同的器件。

例如，图3显示了TPS6508640如何为Xilinx Zynq UltraScale + ZU9EG / ZU15EG系列供电。TPS6508640 是TPS65086x器件的一种变体，其默认排序和电压设置可根据Xilinx UltraScale + ZU9EG的要求进行编程。该器件具有三个DC / DC控制器，用于驱动外部双场效应晶体管（FET）。通过选择FET的大小，您可以扩展输出功率并保持相同的电源架构，同时为不同功率级别的FPGA供电。
图3：Xilinx Zynq UltraScale +远程无线电头或回程框图

图4显示了一个示例解决方案，该解决方案将Xilinx Zynq UltraScale + ZU2CG / ZU5EV平台的可扩展性考虑在内。所述TPS56C215提供高电流（高达12A）到Xilinx ZU +片上多核的核心轨。核心轨VCCINT需要高达8.7A的电流用于ZU5xx变体。使用ZU2xx / ZU4xx Xilinx变体时，两个TPS568215器件可降低总体成本。您可以使用TPS56C215器件或额外的TPS568215器件来满足当前的应用需求，因为两个降压转换器是引脚对引脚等效的。

图4：Xilinx Zynq UltraScale + ZU2CG / ZU5EV MPSoC框图

FPGA通常用于快速原型设计，以加快产品上市速度。图5显示了赛灵思Zynq UltraScale + ZU2CG / ZU5EV MPSoC的TI参考设计如何提供专门针对快速原型设计的解决方案的示例。您可以专注于将关键的高速数据和外设连接路由到ZU + MPSoC，并让这些参考设计解决与电源相关的问题。

安装Xilinx ZU +设备的主板只需使用指定的Samtec连接器; 您可以使用Xilinx术语为印刷电路板布线。您还可以将此电路板与新设计的Xilinx ZU +主板原型相结合，将AC / DC（5V，6A输出）适配器插入参考设计的桶形插孔并开始测试。TPS65086100的样品到生产编程允许快速调整原型设计并立即实施生产变更，从而加快产品上市速度。

图5：Xilinx Zynq UltraScale + ZU2CG / ZU5EV MPSoC的外形概念图

TI创建了多种FPGA电源解决方案，以帮助缓解系统中的电源设计挑战，同时获得集成电源的优势。PMIC解决了设计与可重编程性，可扩展性和快速上市时间相关的基于FPGA的系统的挑战。

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