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採用FPGA及ASIC需要考量之電源管理問題
類比學院專欄(6)

【作者: David Baba】   2005年03月05日 星期六

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目前的電子產品市場競爭非常激烈,廠商都希望能在最短時間內將新產品推出市場,以致系統的設計周期越縮越短。在這個發展過程中,現場可程式閘陣列(FPGA)及特殊應用積體電路(ASIC)的重要性越來越受到重視,因為新系統的多數重要功能需藉由此電路執行。對於使用FPGA晶片的系統而言,電源管理是特別需要慎重考量的關鍵之一。為了提供FPGA晶片穩定的電源,全面審視系統的整體電源需求是必要的。同樣的方式也適用於ASIC晶片。


由於系統的起始條件較為複雜,例如暫態行為、開機、關機規格需求及其他因素,因此電源供應系統相對更加重要。依一般晶片的應用要求,電源必須繞過晶片,因此處理旁路或去耦時需要特別小心。(圖一)所示的是能夠滿足FPGA晶片電源需求的典型電源管理系統。一般而言,FPGA晶片至少需要兩組電壓。一組是“核心”提供電源的電壓(1.0~2.5伏特為其典型值),而另一個是輸入/輸出提升電源的電壓(3.3伏特為其典型值)。也有許多FPGA晶片需要第三個低雜訊、低漣波的電壓,以便做為輔助電路電源。FPGA晶片所需的典型電壓是2.5伏特或3.3伏特,但不同系列的FPGA晶片則有不同的電壓需求。


這些電壓所需之電源並非固定的,電流大小取決於應用條件,例如FPGA晶片的速度及使用率等。作業電流可以低至100mA,也可高至20A。以這些系統來說,輸入電壓通常比FPGA晶片所須的任何電壓都要高,因此需降壓並穩壓。(圖二)所示的是適用FPGA晶片最常採用的三款降壓穩壓器,分別是同步降壓穩壓器、非同步降壓穩壓器及線性穩壓器。為系統選用穩壓器時,必須詳細考量系統的規格要求及穩壓器的操作情況,以便互相配合。若要確保系統設計順利,也需要一併考量以下的問題。
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