这种转换器由于放置在它们所供电负载的附近,因此被称为负载点(PoL)转换器。这样可以最大程度地减少大电流走线的长度,减少损耗,并提高对负载波动的快速响应。
现代FPGA的电源需求
通常,FPGA需要提供若干严格稳压的不同电压轨,并辅以上电时序,从而确保实现可靠的操作并避免损坏。需要供电的地方包括内核、输入/输出和任何辅助功能。
内核所需的电压通常在0.9V和1.2V之间,并且容差为5%(有时以毫伏表示),而I/O的电压取决于所使用的数字I/O逻辑。一个系统中可以有多个I/O电压。辅助电压通常为2.5V,但是视具体的FPGA情况不同,范围可能在0.9V至3.3V之间。为了不影响敏感电路,这个电源轨通常会设置滤波电路,以便消除任何纹波。
图2:FPGA需要相当复杂的电源配置
FPGA负载是高度动态的,因此会产生包括大电流尖峰在内的瞬变。FPGA的制造商规定使用多个1µF至10µF的去耦电容器,这些电容器可能会在启动期间影响电源模块。
向FPGA施加电压的时序很重要。为此,PoL模块通常包含一个使能引脚,这个引脚可以由分立逻辑或专用器件(例如TI的LM3880)控制。
PoL转换器:概述
IBA应用中所用PoL转换器通常会从一个电压跳变到另一个较低的电压。用于此目的的拓扑通常称为“降压”,从理论上讲,该操作很简单。MOSFET开关会通过断开和闭合,在其打开时利用电感器中所存储的能量为负载供电。输入和输出电压之间的关系由MOSFET驱动信号的占空比决定,该占空比永远不可能大于1,因此输出始终小于输入。
图3:从理论上讲,降压转换器比较简单
PoL转换器可以以具有内置功能和密集布局的预构建模块方式获取,这样可以使其非常适合放置在现代电子设计中的狭窄空间以内。为了选择最佳器件,设计人员应考虑几个因素,例如输入和输出电压以及输入范围必须适合应用这些因素就显而易见。
一些器件具有固定输出电压,而另一些则需要在调整引脚与地之间增设简单电阻来设置输出电压。采用可变输出PoL具有若干优点,例如能够在无需更改PCB布局的情况下更改输出电压——如果将来需要更改负载(例如FPGA),这点就很有用。这也说明同一料号可以在设计中多次使用,从而推动规模经济并降低所需管理、购买和库存的零件。