所有設計任務一開始都很有挑戰性，例如為一個包含收發器
、內存模塊、傳感器
、線路連接器以及網狀 PCB 走線和多層 PCB 平麵的複雜係統設計電源管理方案。不過
，雜亂無章地使用 DC/DC 穩壓器、電容器、電感器、散san熱re器qi和he其qi他ta散san熱re措cuo施shi以yi及ji組zu件jian布bu局ju來lai應ying對dui電dian源yuan管guan理li設she計ji可ke能neng會hui導dao致zhi後hou續xu設she計ji問wen題ti。如ru果guo係xi統tong設she計ji師shi匆cong忙mang決jue定ding選xuan擇ze較jiao差cha的de解jie決jue方fang案an，那na麼me後hou來lai可ke能neng出chu現xian調tiao試shi工gong作zuo進jin行xing不bu下xia去qu的de情qing況kuang。

 

 

以一種係統化和考慮周全的設計方式
，可以很有把握地開始任何電源管理電路的設計。換句話說
，在 PCB 組zu裝zhuang之zhi前qian，如ru果guo分fen析xi是shi準zhun確que的de，解jie決jue了le電dian源yuan管guan理li相xiang關guan的de設she計ji挑tiao戰zhan
，那na麼me就jiu可ke以yi簡jian化hua電dian源yuan管guan理li電dian路lu的de設she計ji。另ling外wai，電dian源yuan管guan理li指zhi南nan給gei出chu的de電dian路lu經jing過guo測ce試shi和he驗yan證zheng，滿man足zu FPGA
、ASIC、GPU 和(he)微(wei)處(chu)理(li)器(qi)以(yi)及(ji)采(cai)用(yong)這(zhe)些(xie)及(ji)其(qi)他(ta)數(shu)字(zi)組(zu)件(jian)的(de)係(xi)統(tong)之(zhi)要(yao)求(qiu)。利(li)用(yong)經(jing)過(guo)驗(yan)證(zheng)的(de)電(dian)源(yuan)管(guan)理(li)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)設(she)計(ji)電(dian)源(yuan)管(guan)理(li)電(dian)路(lu)，將(jiang)確(que)保(bao)項(xiang)目(mu)從(cong)一(yi)開(kai)始(shi)就(jiu)很(hen)有(you)把(ba)握(wo)。這(zhe)是(shi)讓(rang)設(she)計(ji)方(fang)案(an)從(cong)原(yuan)型(xing)階(jie)段(duan)快(kuai)速(su)進(jin)入(ru)生(sheng)產(chan)階(jie)段(duan)的(de)關(guan)鍵(jian)，因(yin)為(wei)這(zhe)樣(yang)可(ke)以(yi)節(jie)省(sheng)電(dian)源(yuan)調(tiao)試(shi)時(shi)間(jian)。

 

 

係統開發人員可以使用 FPGA 開發工具評估 FPGA
，而無須設計一個完整的係統。圖 1 和圖 2 顯示了 Altera 公司新的 20nm Arria 10 FPGA 和 Arria 10 SoC (片上係統) 開發電路板。這些電路板經過 Altera 公司的測試和驗證，列舉了有關布局、信號完整性和電源管理的最佳設計實踐。

 

圖 1：Arria 10 GX FPGA 開發套件電路板

 

圖 2：Arria 10 SoC 開發套件電路板

 

麵向內核、係統和 I/O 的電源管理。麵向 Arria 10 等高端 FPGA 的電源管理解決方案應該謹慎選擇。

 

一個經過精心計劃的電源管理設計可以減小 PCB 尺寸、減輕重量並降低複雜性，同時降低功耗和冷卻成本。這對優化係統性能而言是必不可少的。

 

例如，為圖 1 中 Arria 10 GX FPGA 的內核供電的 12V DC/DC 穩壓器提供 0.95V/105A，該 DC/DC 穩壓器有幾個特點
，對 SoC 的省電方法起到了補充作用：

 

Arria 10 的 SmartVID 運用 DC/DC 穩壓器中集成的 6 位並聯 VID 接口來控製 DC/DC 穩壓器
，在靜態和動態情況下降低了 FPGA 功耗。

 

DC/DC 穩壓器運用 DCR 值非常低的電流檢測方法，通過最大限度降低電感器中的功耗，提高了效率。溫度補償在電感器溫度較高時保持準確度或 DCR 值不變。

 

表 1 概述了圖 1 所示 Arria 10 開發套件電路板的電源軌和功能。該表列出了淩力爾特公司的器件，並描述了每種器件的功能。訪問 www.linear.com.cn/altera
，點擊 Arria，了解本文所示兩種電路板的詳細技術信息。

 

表 1：圖 1 所示 Arria 10 GX FPGA 開發套件電路板的電源管理電路材料清單

 

 

如果開發套件中列舉的設計不能滿足自己的電源要求怎麼辦？在這種情況下，可以用基於 PC 的 LTpowerPlanner® 工具來實現係統電源樹的個性化和優化。

 

從開發套件中給出的建議著手
；然後容易地重新組織電源構件、改變電源額定值、計算效率和功耗

、仿真每個電源構件
、選擇 DC/DC 穩壓器器件型號並驗證定製解決方案。

 

LTpowerPlanner 用來產生滿足 Arria 10 開發套件中 FPGA 要求及係統要求的電源樹 (圖 3)，是用途更廣泛的 LTpowerCAD® 設計工具之一，可登錄以下網址免費下載：www.linear.com.cn/ltpowercad。

 

圖 3：用於 Arria 10 GX FPGA 電路板 (圖 1) 的電源樹。用 LTpowerPlanner 設計，該軟件是一款分析性和簡便易用的初步設計工具以用來映射電源要求。

 

 

LTC2974 (用在電路板上) 增加 PMBus 功能：電源排序
、監視、裕度調節和故障記錄

Loss：功耗

Sequence On：排序接通

Sequence Off：排序斷開

Green：綠色

Blue：藍色

White：白色

Pink：粉色

DC to DC Regulator：DC 至 DC 穩壓器

Summary Report：總結報告

Total Input Power：總輸入功率

Total Output Power：總輸出功率

Total Power Loss：總功耗

Total Efficiency：總效率

Total Solution Size：解決方案總體尺寸

 

LTpowerCAD 可幫助用戶：

 

選擇具體的淩力爾特 DC/DC 穩壓器，以與給定電源性能規格匹配

 

選擇合適的電源組件 (例如: 電感器
、電阻器和電容器)

 

優化效率和功耗

 

優化穩壓器環路穩定性
、輸出阻抗和負載瞬態響應

 

將設計方案輸出到 LTspice® 

 

 

我們可以有把握地開始電源管理電路布局。使用 LTPowerCAD 和 LTPowerPlanner 這類工具
，可以大大簡化對負載點穩壓器以及各部分分析結果的映射任務。為了舉例說明這些優勢，本文采用了用於 Altera Arria 10 FPGA 和 SoC以及其他 Altera FPGA (包括電源樹和材料清單) 的開發套件設計指南。這些開發套件均經過Altera 、賽靈思或第三方開發商的測試和驗證。