EDN China > 设计实例 > 可编程器件 > FPGA > 正文
? 2016博客大赛-不限主题,寻找电子导师,大奖升级??

(多图) Stratix FPGA电源方案设计与验证

来源:电子技术应用/作者:广西大学 计算机与电子信息学院 周毅 王绍雷 赵进创?? 2008年04月08日 ?? 收藏0

  2.1.1 内核与I/O供电电路[4]

  内核与I/O电压是FPGA系统正常工作的保证。StratixTM FPGA的内核电压VCCINT设定为1.5V,由VOUT1提供,如图1所示。I/O电压VCCIO根据不同的系统所要求的标准而定,这里定为3.3V,由VOUT2提供。由于篇幅有限,图1将两部分电路合二为一进行分析。

内核与I/O供电电路

  如图1所示,ISL6443具有宽工作电压范围4.5V~24V,VIN输入电压范围受最大占空比(DMAX=93%)和最小接通时间(tON(MIN))的限制。

  VIN(MAX)≤公式

  其中,tON(MIN)=30ns。

  VCC_5V是内嵌5V线性稳压器(LDO)的输出脚,为IC、低端门驱动器提供偏压,且为高端门驱动器的外部自举电路供电。若用作5V电源输入时,该脚必须与VIN相连。如图1,VCC_5V脚必须通过一个靠近该脚的4.7μF的旁路电容接地,以实现去耦。如果VCC_5V的输出短路,则热过载保护电路将启动。输出端VOUT与地之间的反馈电阻分压器设定每个PWM通道的输出电压。分压器的中点接至FBx脚,为相应的控制器提供电压反馈信号。而且,PGOOD电路利用这些输入来监控VOUT。

  VOUT=0.8Vx(公式)

  其中,R2是反馈分压网络的上部电阻,R3是FBx与地之间连接的电阻。

  如图1所示,门控逻辑将生成的PWM信号转换为门驱动信号,提供放大、电平移动和击穿保护。FDS6990集成了两个N沟道MOSFET,高端MOSFET的门驱动电压由自举电路产生。选用BAT54HT1肖特基势垒二极管作为自举二极管,正极与VCC_5V相连。BOOT脚与PHASE脚之间的自举电容为高端MOSFET驱动器供电。UGATE为高端MOSFET提供门驱动,LGATE为低端MOSFET提供门驱动。启动时,低端MOSFET导通,使PHASE接地,从而给自举电容充电至5V。低端MOSFET断开后,高端MOSFET通过关闭BOOT和UGATE之间的内部开关,实现导通,从而提供所需的栅极-源极电压来导通高端MOSFET。

  2.1.2 辅助I/O供电电路[4]

  根据FPGA系统的不同需求,可能存在不同的I/O标准,因此可能存在多个I/O电压。由于ISL6443集成了一个额定增益为2A/V的线性稳压器,可利用VOUT2(3.3V)为其供电,输出VOUT3(2.5V)作为辅助I/O电压。

辅助I/O供电电路

  如图2所示,GATE3是线性稳压器的漏极开路输出,FB3与反馈电阻分压器相连,提供电压反馈信号。Q1选用了IRF7404 P沟道MOSFET。当PWM的输出升高且超过了MOSFET调整器件的门限时,线性稳压器的输出将跟踪PWM电源。PWM和线性稳压器的输出之间的电压差分等于负载电流和MOSFET导通电阻(RDS(ON))的乘积。

  2.1.3 ISL6443控制电路[4]

  控制电路主要用来实现ISL6443的过流保护、反馈回路补偿、多个控制器的同步等功能。

ISL6443控制电路

  如图3所示,PGOOD为漏极开路输出,用来监控输出电压的状态。当任一PWM的输出超过相应额定电压的10%,或线性稳压器的输出小于额定值的75%时,PGOOD变为低电平,从而使转换器输出受到过载、短路和欠压保护。另外,SS1和SS2脚为相应的PWM控制器提供软启动功能。当软启动开始时,由于有5μA的电流注入外部电容,激活的PWM通道的SS脚上的电压呈斜坡上升,输出电压跟随软启动电压变化。当SS脚上的电压达到0.8V时,激活的PWM通道的输出电压达到规定值,从而完成软启动过程。SD1和SD2脚为相应的PWM输出提供使能或禁用功能,高电平启动,低电平输出禁用。

  两个PWM控制器都使用低端MOSFET导通电阻(RDS(ON))进行电流监控。检测到的电压降与OCSETx脚和地之间的电阻(如图3中R8、R9)设置的门限相比较:

  ROCSET=公式

  其中,IOC是规定的过流保护门限,RCS是与ISENx脚相连的电流感应电阻。如果过流持续2个时钟周期,则进入Hiccup模式,门驱动器断开,进入软启动。重新启动前,IC在软启动过程中要循环两次。IC会在软启动过程中持续循环,直到过流现象消除为止。

  图3中SYNC脚用来实现两个或多个ISL6443控制器的同步。使用时需接下拉电阻,不用时将其与VCC_5V相连。


?? ?? ??


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? 电源方案?

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