近年來，電子設備（應用）的多樣化與高性能化以驚人的速度不斷發展。可以說，這種趨勢使各產品的開發周期縮短

，並給半導體技術帶來了巨大的發展空間。

 

在這種背景下
，被稱為FPGA的LSI為電子設備的開發作出了巨大貢獻
，它比以往任何時候更引人關注，市場規模不斷擴大。

 

 

FPGA為Field Programmable Gate Array的縮寫，意為在現場（Field）、可擦寫（Programmable＝可編程）的、邏輯門（Gate）呈陣列（Array）狀排布的半定製LSI，簡言之，即“後期電路可擦寫邏輯元件”。

 

產品售出後也可進行再設計，可順利進行產品的更新以及新協議標準的應對。這是製成後內容即被固定的ASIC (Application Specific Integrated Circuit：特定應用定製IC）和ASSP （Application Specific Standard Product：特定應用的功能專業化的標準
、市售IC）所沒有的、隻有FPGA才具備的特點。

 

FPGA不僅具備可再編程的靈活性，隨著近年來技術的發展，FPGA的高集成度
、高性能化、低功耗化
、低成本化也在不斷進步
，FPGA已經逐漸具備了與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。

 

 

ROHM於今年7月開發出並發布了對應最新FPGA的、即Xilinx公司生產的28nm製程7係列的開關穩壓控製器“BD95601MUV(1ch)”、“BD95602MUV(2ch)”。另外

，還開發出用於AVNET Internix公司FPGA用開發套件(Mini Module Plus)（圖1）的電源模塊板。（圖2）

 

 

圖1：AVNET Internix公司生產的FPGA用開發套件（Mini Module Plus）

 

 

圖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
，不僅可用於FPGA

，還可在更廣泛的應用中使用。

 

最近的高端FPGA（此次AVNET Internix公司的開發套件為Xilinx Kintex-7用），由於其製程工藝的微細化以及與其相應的低電壓化、內nei核he部bu與yu接jie口kou部bu的de電dian源yuan分fen離li以yi及ji數shu字zi電dian路lu與yu模mo擬ni電dian路lu的de混hun裝zhuang等deng多duo電dian源yuan化hua，必bi然ran需xu要yao先xian進jin的de電dian源yuan管guan理li。電dian壓ya精jing度du當dang然ran要yao求qiu低di波bo紋wen
，而er且qie要yao求qiu具ju備bei投tou入ru時shi序xu管guan理li和he優you異yi的de負fu載zai瞬shun態tai響xiang應ying性xing能neng。圖tu3為ROHM電源模塊的輸出結構，表示生成上述項目的各開關穩壓控製器與電壓/電流。

 

 

圖3：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、收發器用等共8種電壓。以內部電路用VCCINT為例，電壓精度為±3%。

 

係統電壓等通常為±5%，因此
，僅從比例考慮的話±3%可視為稍微苛刻的要求，但按實際的容許電壓考慮的話：3.3V±3%為3.3V±99mV
，VCCINT＝1.0V±3%為1.0V±30mV。

 

即VCCINT的容差僅為±30mV，當dang電dian壓ya較jiao低di時shi，實shi際ji的de容rong許xu電dian壓ya值zhi要yao求qiu嚴yan格ge。這zhe對dui於yu具ju有you波bo紋wen電dian壓ya的de開kai關guan穩wen壓ya器qi來lai說shuo是shi非fei常chang苛ke刻ke的de條tiao件jian，如ru果guo負fu載zai瞬shun態tai響xiang應ying速su度du不bu夠gou快kuai，也ye很hen容rong易yi超chao出chu容rong許xu範fan圍wei。對dui於yu電dian源yuan來lai說shuo
，實shi現xian低di電dian壓ya高gao電dian流liu輸shu出chu、高精度高穩定性是巨大的課題。

 

另外
，不僅是電源精度，對於多數電源來說
，都已詳細規定了電源上電時序、斷電時序
，不滿足這些要求就會發生FPGA不啟動等問題。

 

使這些FPGA可靠地啟動、穩定地工作的開關穩壓控製器“BD95601MUV(1ch)”、“BD95602MUV(2ch)”的主要規格如下。

 

 

●采用ROHM獨創的可高速負載瞬態響應的H3RegTM控製方式

 

●最高效率達95%以上

 

●可選擇輕負載時進行間歇脈衝控製的輕負載模式、重視低波紋控製的PWM連續控製模式
、輕負載時防嘯叫控製的靜音輕負載模式

 

●搭載實現多種電源時序的可調軟啟動端子、P.G.輸出端子

 

●搭載各種保護功能(OCP、SCP、UVLO、TSD)

 

 

參見表1。基本上，兩種產品都是高效同步整流的降壓型控製器
，不僅在重負載時的效率高，輕負載時的效率也很高。標準電壓為0.75V/0.7V
，適用低電壓，±1%的精度對於前述的±3%的精度來說具有充分的餘量。不僅如此，通過ROHM獨創的H3RegTM控製模式實現了高速負載瞬態響應（圖4）
，非常適合用作FPGA電源。

 

 

表1：BD95601MUV(1ch)、BD95602MUV(2ch)的規格概要

 

 

圖4：負載電流急劇變動也可用最小限的電壓降實現高速負載瞬態響應

 

 

為了提高負載瞬態響應的速度
，有一種解決方案是使用恒定導通時間控製
，但H3RegTM控製是進一步提高負載急劇變動時的瞬態響應速度的、改進型(改良形)恒定導通時間控製方式（圖5）。

 

 

圖5：ROHM獨創的高速負載瞬態響應H3RegTM控製

 

●為了與內部電壓控製比較器輸入的標準電壓(REF)進行比較
，將被分壓的輸出電壓反饋給FB引腳；

 

●在正常運行中

，H3RegTM控製器一旦檢測到FB引腳的電壓低於REF電壓，在下述公式規定的時間(tON)之內，導通高邊MOSFET的柵極(HG)

，使輸出電壓上升；

 

…………（公式）

 

●tON後HG一旦關斷
，低邊MOSFET的柵極(LG)導通，FB引腳電壓開始下降，當與REF電壓達到一致時關斷LG。

 

●通過這樣的反複運行
，保持輸出恒定；

 

●負載急劇變動時，輸出降低、過了FB引腳電壓所規定的tON時間還沒有上升到REF電壓以上時，可通過延長tON時間、供給更多的電力來加快輸出電壓的恢複,即提高負載瞬態響應特性
；

 

●輸出電壓恢複，即返回正常運行。

 

 

圖6為此次AVNET Internix Kintex7用ROHM電源模塊的VMGTAVtt輸出波形。由圖可見，VMGTAVtt為FPGA收發器用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6：電壓波紋波形

 

要想獲得優異的電源，一種方法是利用電源模塊或FPGA套件的評價結束後
，移植到實機時
，采用參考設計；同時采用獨自進行板上電源設計的也為數不少。

 

當然，值得強調的是，即使所有方麵都進行了優化調整
，如果IC自(zi)身(shen)性(xing)能(neng)不(bu)夠(gou)好(hao)
，無(wu)論(lun)如(ru)何(he)調(tiao)整(zheng)也(ye)無(wu)法(fa)獲(huo)得(de)所(suo)述(shu)的(de)優(you)異(yi)特(te)性(xing)。設(she)計(ji)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)並(bing)不(bu)是(shi)一(yi)件(jian)簡(jian)單(dan)輕(qing)鬆(song)的(de)事(shi)。除(chu)了(le)計(ji)算(suan)元(yuan)件(jian)常(chang)數(shu)，為(wei)了(le)獲(huo)得(de)最(zui)佳(jia)特(te)性(xing)還(hai)要(yao)進(jin)行(xing)元(yuan)件(jian)的(de)化(hua)學(xue)研(yan)究(jiu)、基板設計，而且沒有調試就無法獲得真正的性能。

 

一直以來，ROHM在(zai)模(mo)擬(ni)設(she)計(ji)技(ji)術(shu)方(fang)麵(mian)擁(yong)有(you)獨(du)特(te)優(you)勢(shi)

，擁(yong)有(you)可(ke)實(shi)現(xian)具(ju)有(you)這(zhe)樣(yang)卓(zhuo)越(yue)特(te)性(xing)的(de)模(mo)塊(kuai)的(de)元(yuan)件(jian)選(xuan)型(xing)和(he)基(ji)板(ban)設(she)計(ji)技(ji)術(shu)訣(jue)竅(qiao)，並(bing)具(ju)備(bei)完(wan)善(shan)的(de)客(ke)戶(hu)支(zhi)持(chi)體(ti)製(zhi)。

 

 

如前所述，FPGA所需要的電源
，實際使用插座連接的FMC（FPGA Mezzanine Card）有時布線會較長，在特性方麵要求更加苛刻。

 

在這種條件下，可以自豪的說，之所以能夠供應滿足7係列高端FPGA電源需求的模塊，是因為ROHM同時擁有卓越的電源用IC與電源設計的技術。

 

另外，選擇作為綜合性半導體廠家ROHM的參考設計，客戶在品質、可靠性、供應體製、服務支持
、溝通等各個方麵都可倍感安心

，而且
，ROHM不僅供應IC產品，還可一並供應分立器件等電氣電子元器件產品。