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功率技術/新能源  

IPTV系統中使用FPGA的供電問題及解決方案

上網時間: 2006年08月03日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:IPTV  網際網路協議電視  Xilinx  VirtexTM-4  MIC37302 

隨著越來越多的家用電器從低速的撥號上網向寬頻網際網路接入或IPTV(網際網路協議電視)轉移,預計未來IPTV可望在中國獲得快速的發展。比較而言,IPTV的基礎設施成本相當低,因為這種方法不需要銅軸電纜,而是採用DSL或寬頻鏈接和視訊轉換盒來把節目串流送到家用電器中。

現場可編程閘陣列(FPGA)已經被證明是這種平台的理想選擇,因為它們提供了快速改變市場需求的靈活性。FPGA的電源需求通常很複雜,因為FPGA有多達3種供電要求,為了實現可靠的系統性能,必須對這些要求妥善安排。

核心電壓

核心電壓軌通常設定為VCCINT,為FPGA邏輯供電。要求的電流從幾百毫安到幾十安培,具體大小取決於時脈頻率和所用的閘數。因為該負載是呈高度容性,核心電壓電流要求可能在開始的時候很高。FPGA核心對瞬態響應的要求很嚴格的,核心電源電壓必須緩慢增加並且常常要求在固定的時間長度內上升到穩定的電壓。例如,Xilinx公司的Virtex-4必須讓VCCINT電源在0.2ms和50ms之間上電。

I/O電壓

I/O電壓(VCCIO)通常要求的電壓軌是3.3V、2.5V、1.8V或1.5V。I/O標準可以由FPGA中的I/O模組獨立設置,因此一個FPGA就有可能存在一個以上的I/O電壓。I/O電流要求取決於所用的I/O數量和時脈速度。通常,I/O電流要求較低,範圍在幾百毫安到3A之間。

輔助電壓

輔助電壓(VCCAUX)要求電源具有高電源抑制比(PSRR),因為電源直接與數位時脈管理(DCM)相連。如果電源噪音被容許耦合到DCM,將可能影響到系統的性能。

雖然I/O和輔助電壓不需要按照特別的順序上電,但是,FPGA製造商常常要指定核心和I/O的上電順序或追蹤該順序。不指定上電順序或不追蹤上電順序所面臨的後果是常常會對系統中的元件造成不可挽回的破壞。FPGA、PLD、DSP和微處理器通常在核心與I/O電源之間放置二極體作為ESD保護元件。如果電源違反了追蹤要求並超過了保護二極體的正向偏置,那麼該元件就可能被損壞。

解決方案

為說明FPGA供電要求的複雜性,以在固定時間段對VCCINT上電的要求為例。為了保證由上下限控制的2ms到50ms之間的上電時間,要實現如圖1所示的電路。


圖1:MIC37302和分離式電路確保受控的斜率和時序

對核心和I/O電源的上電排序或上電順序的追蹤,增加了電源管理電路的複雜性和成本。為克服這個問題,設計工程師需要一種不增加外部零配件而滿足所有這些需要的元件。這種產品的一個例子就是Micrel公司的MIC68200 LDO,它把上升速度控制、上電排序和追蹤等功能整合到一個3 × 3mm的MLF封裝之中。

多顆MIC68200可以按兩種模式級聯:在追蹤模式中,主元件的輸出驅動從元件的RC接腳,以便從元件在打開和關閉期間追蹤主穩壓器;在順序上電模式中,主元件的POR驅動從元件的使能(EN)端,以便在主元件打開之後打開,在主元件關閉之前(或之後)關閉。除了具備追蹤能力之外,電壓斜坡控制(RC)接腳還能透過一個電容對核心電壓軌的斜坡電壓進行精確編程。

追蹤及排序電路分別如圖2和圖3所示,從圖中可以看出該解決方案是一種簡單且僅需很少分離式零配件的實現方案。


圖2:追蹤電路。核心電壓的斜率由RC接腳上的電容來設置


圖3:排序電路

本文小結

總之,IPTV視訊廣播中採用FPGA作為編碼和解碼平台的好處是明顯的。然而,為FPGA供電可能是一個挑戰,而採用根據電源要求設計的專用電源管理元件,如MIC68200,將大幅縮短新系統的上市時間。

作者:Ralph Monteiro

Micrel公司




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