FPGA供电系统

EP4CE15F12C8N电源方案设计

LDO为低压差转换芯片（至少几百mV压差才能转换），由于LDO的输入电流基本上的等于输出电流，如果输入、输出的压差太大，将导致损耗在LDO上的能量很大。

DC/DC是利用开关方式实现的电压转换，模拟器件工作在开通或者关断状态，因而工作损耗相对于LDO小。如果输入输出的电压并不十分接近，或者输入电压低于输出电压，可以考虑采用DC/DC。DC/DC的优点是效率高，可以输出大电流，且静态电流小，自身损耗小。

FPGA的功耗主要消耗在内核与I/O电压上，为了降低成本和功耗，可以使用DC/DC将5V转换成3.3/1.2V，并采用LDO从3.3V转换成2.5V的方案（2.5V电流较小，因此损耗也很小）。

LDO：可以采用AMS1117-3.3（常用低压差芯片），但是封装较大，功率略高，也可以采用PAM公司的PAM3101AAA330，作为3.3V转2.5V的芯片，该LDO最低支持180mV压差，且最多能输出300mA的电流。

DC/DC：选型很多，可以用美国芯源系统公司（MPS）的DC/DC电源转换芯片MP2214来实现3.3V转1.2V。

 

看了韩彬的Cyclone IV FPGA的3路电压转换电路原理图，深知其专业，可以学习其在每个电源芯片旁边标注DC/DC输出公式，输出额定电流，工作频率等，另外输出再加个0Ω电阻，目前暂时不知道0Ω电阻的作用（到时候把公众号上的一些经验学习过来）。

学习了MP2114的PCBLayout，发现我平时确实画得太不专业了，DC/DC的引脚拉线出来铺铜不能少，过孔散热也须考虑。

 

目前大部分处理器都有复杂的电源系统，因此便有了电源管理芯片。TI公司推出了针对Altera FPGA 和 Xilinx FPGA的电源管理芯片。典型的电源管理芯片有TPS75003，其介绍可参考www.ti.com/lit/ds/symlink/tps75003.pdf，其推荐原理图如下图。

 

电源管理芯片可以更好的设计电源，可以降低系统功耗，更适用于系统集成，但是电源管理芯片价格较高，也不容易买到，在布局布线上也没有独立的IC那么灵活。所以采用灵活的DC/DC电源转换方案更常见合理。