FPGA的电源主要由核电VCCINT,block RAM供电VCCBRAM,辅助电压VCCAUX和VCCAUX_IO,IO电压VCCIO,高速GTX接口电压VMGTAVCC,VMGTAVTT,VMGTVCCAUX,VMGTAVTTRCAL等电压组成。
各电源定义
VCCINT
VCCINT是FPGA芯片的内核电压,是用来给FPGA内部的逻辑门和触发器上的电压。即芯片的晶体管开关是有核心电压提供。当内部逻辑工作时钟速率越高,使用逻辑资源越多,则核心电压供电电流会更大,可高达几安,此时芯片必然会发烫,需要散热装置辅助散热。该电压随着FPGA的发展从5v、3.3v、2.5v、1.8v、1.5v变的越来越低。核心电压是固定的。(根据所用FPGA的模式来确定)。
电源应选择输出电流大于器件最大要求电流的DCDC供电,原则上DCDC的开关频率越高需要的功率电感和滤波电容体积就越小,根据板级实际情况选择开关频率。
VCCIO
VCCIO(有些地方也记为VCCO)是用于FPGA驱动IO模块(同IO引脚)的电压。该电压应该与其它连接到FPGA上的器件的电压匹配,因为FPGA经常要与多种不同电平接口的芯片通信,所以都会支持非常多的电平标准,这也是它的灵活性表现。FPGA为了能和多种不同的电平标准接口芯片通信,Vccio通常以Bank为界,相互之间是独立的,即一个Bank块只能存在一种IO电压。一颗FPGA芯片具有多个Bank块,每个Bnak可以与一种电平接口芯片通信,如Bank34与3.3V的MCU通信,Bank35与2.5V的DDR芯片通信。需要注意的VCCO里面分为HR bank电压和HP bank电压,其中HR bank电压一般为3.3V设计,但是遇到网络接口时一般设计为2.5V;HP为高速bank,常常用于ddr设计,电压为1.5V
*FPGA通常需要两个电压才能运行:一个是“内核电压”,另一个是“IO电压”。每个电压通过独立的电源引脚来提供。实际上,FPGA器件本身是允许VCCINT和VCCIO相同的(比如VCCINT和VCCIO两种引脚可以被连接在一起)。但是FPGA设计是面向低电压内核和高电压IO的,所以两种电压一般是不相同的。‘
*需要注意的是内核电压和IO电压的上电顺序,一般是要求前者先上电,因此在电源电路设计的时候需要进行时序控制。
VCCAUX
FPGA并非一个单纯的数字逻辑芯片,内部也带有一些模拟组件,比如Xilinx的DCM数字时钟管理组件、高档点的FPGA还有高速串并转换器serdes、温度监控器件等这些模拟器件,这些模拟器件对电源噪声要求很高,所以需要一个独立稳定的电源进行供电。Vccaux就是为这些模拟器件提供电压,另外Vccaux还可以给部分IO供电,像JTAG等。
VCCAUX_IO
VCCAUX_IO是相对于地的辅助电源电压(驱动器前电压)。在xilinx的FPGA芯片中, Vccaux_io是一个独立的轨道,为高性能库中的I / O电路供电。Vccaux_io必须设置为2.0V才能实现更高的数据速率,并且可以设置为1.8V以降低数据速率(电压的选择取决于目标存储器接口频率)。
VCCBRAM
内部Block RAM的供电电压。其不损坏FPGA器件的范围为-0.5V~1.1V。对于-2和-1的spartan7系列,正常工作电压为0.95V~1.05V,推荐工作电压为1.00V。对于 -1L的spartan7系列,正常工作电压为0.92V~0.98V,推荐工作电压为0.95V。
VMGTAVCC
GTP收发器核心电压。其不损坏FPGA器件的范围为-0.5V~1.1V。正常工作电压为0.97V~1.03V。推荐工作电压为1.00V。(xilinx的FPGA芯片)
VMGTAVTT
GTP收发器终端匹配电压。其不损坏FPGA器件的范围为-0.5V~1.32V。正常工作电压为1.17V~1.23V。推荐工作电压为1.20V。(xilinx的FPGA芯片)
*GTP收发器的上电顺序为VCCINT、VMGTAVCC、VMGTAVTT或者VMGTAVCC、VCCINT、VMGTAVTT。断电顺序正好相反。
各电压上电顺序要求,具体如下:
(1)VCCINT → VCCBRAM → VCCAUX → VCCAUX_IO → VCCO ;
(2)VMGTAVCC → VMGTAVTT → VMGTAVTTRCAL → VMGTVCCAUX。
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