EDN China > 设计实例 > 电源技术 > AC-DC/DC-DC转换 > 正文
? 2016博客大赛-不限主题,寻找电子导师,大奖升级??

(多图) Stratix II FPGA系统电源设计

来源:与非门?? 2007年08月01日 ?? 收藏0

  引言

  Stratix II是ALTERA公司生产的一款高性能FPGA器件。它采用TSMC的90 nm低k绝缘工艺技术生产,等价逻辑单元(LE)高达180 k,嵌入式存储器容量达到9 MB。该器件不但具有极高的性能和密度,而且还针对器件总功率进行了优化,同时可以支持高达1 Gbps的高速差分I/O信号,因而是一款超快的FPGA。该芯片中所含的高性能嵌入式DSP块的运行频率高达370 MHz。另外Stratix II还有12个可编程PLL,并具有健全的时钟管理和频率合成能力。能实现最大的系统性能。

  MAX1951是MAXIM公司的一款高效的DC-DC电源转换芯片,主要用于DSP、FPGA、ASIC的内核及I/O口供电。其高达94%的转换效率、8脚的SOP表贴封装及连续工作时956 mW的低功耗使其特别适合于便捷式电子设备的应用。MAX1951的输入电压范围为2.6~5.5 V,输出电压范围为0.8 V~Vin(可调输出),输出电流可达2 A,精度可达1%,开关频率为1 MHz,输出效率达94%,且内含过载及过热保护电路。

  基于MAX1951的诸多特点,本文给出了采用该器件为Stratix II FPGA系统供电以降低其功耗的设计方案。

  1 应用设计

  采用MAX1951为Stratix II FPGA系统供电的参考电路如图1所示。

MAX1951的电源电路

  
?????? 1.1 输入器件参数的设计

  输入滤波电容主要是用来降低供电系统的电流峰值、电压纹波和电路开关噪声的影响,使芯片的输入电压纹波控制在3%以下。系统输入电源的纹波电压与输入滤波电容的关系式如下:

  VIN_RIPPLE=IOUTVOUT/(fSWVINCIN)

  图1中,R4、C5、C3分别为旁路电阻、旁路电容及参考旁路电容,一般取图中定值即可。

  1.2 输出器件参数的设计

  (1) 输出分置电阻

  一般默认设计的反馈输入电压为0.8 V,也可以根据所要输出的电压VOUT来设计R2,R3的阻值,一般取R2的值在2~20 kΩ之间。这样,R3值的计算式如下:

  R3=R2[(VOUT/VFB)-1]   (1)

  (2) 输出电感

  该电路的输出电感、最大允许电流的输出纹波电压的计算式如下:

  LINIT=VOUT(VIN-VOUT)/(VINLIRIOUT(MAX)fSW   (2)

  IL(MAX)=(1+LIR/2)IOUT(MAX)    (3)

  VRIOPPLE=VOUT(VIN-VOUT)ESR/(VINLFINAIfSW)   (4)

  式中,LIR为电感电流峰值/电感最大平均电流,在对电感尺寸、损耗、输出纹波等参数加以权衡后,一般最小电感电流纹波LIR应设置在20%至40%之间。MAX1951的工作频率SW为1 MHz。其中ESR为输出电容的等效串联电阻,在其生产厂家的网站上可以查到相应容量的ESR值。如采用常用的AVX-TAJA106*010,则其ESR为3Ω。

  在选取电感时应注意,很多新型器件对电源要求都比较高。所以应尽量加大输出电感容量以降低纹波(但要以牺牲尺寸为代价)。在其饱和电流满足设计要求的前提下,电感的阻抗应越小越好。因为电感的容量跟其所承受的最大电流成反比,同时在加大电流和电感容量的同时,也会大大增加电感的尺寸及价格,这在便捷设备的设计初期一定要注意。

  (3) 输出电容

  输出电容蓄电的变化会引起输出电压纹波,一般纹波电流小,纹波电压相应就小。实际电容的简化电路模型是由等效串联电感(ESL)、电容和等效串联电阻(ESR)构成的串联网络。由输出电容引起的电压纹波VRIPPLE的计算式如下:

?????? 电压纹波VRIPPLE的计算式  
??????
?????? 式中,TON、TOFF为MAX1951内部MOSFET的导通和断开时间,TON为定值,TOFF最小取400 ns,所以通常用TOFF来计算VRIPPLE(ESL)。电容的串联等效电感ESL由电容生产厂家提供。常用的TAJ系列3216、3528封装的TAN电容取值1.8 nH。这样,综合上面VRIPPLE的计算式,即可估算出COUT。

  1.3 补偿电路设计

  图1中,补偿电阻R1和补偿电容C2组成的补偿环路可用来提供稳定的宽带补偿,Rl与C2的计算式如下:

?????? Rl与C2的计算式  


上一页12下一页
?? ?? ??


打开微信“扫一扫”,打开网页后点击屏幕右上角分享按钮

1.扫描左侧二维码
2.点击右上角的分享按钮
3.选择分享给朋友
?? ??

Stratix? FPGA? MAX1951?

相关文章

我来评论
美国的游客
美国的游客 ??? (您将以游客身份发表,请登录 | 注册)
?
有问题请反馈