最新FPGA所需求的电源IC
近年来 ，电子设备（应用）的多样化与高性能化以惊人的速度不绝生长。可以说 ，这种趋势使各产品的开发周期缩短 ，并给半导体技术带来了巨大的生长空间。
在这种配景下 ，被称为FPGA的LSI为电子设备的开爆发出了巨大孝敬 ，它比以往任何时候更引人关注 ，市场规模不绝扩大。
1．何谓FPGA
FPGA为Field Programmable Gate Array的缩写 ，意为在现�。‵ield）、可擦写（Programmable＝可编程）的、逻辑门（Gate）呈阵列（Array）状排布的半定制LSI ，简言之 ，即"后期电路可擦写逻辑元件"。
产品售出后也可进行再设计 ，可顺利进行产品的更新以及新协议标准的应对。这是制成后内容即被牢固的ASIC (Application Specific Integrated Circuit：特定应用定制IC）和ASSP （Application Specific Standard Product：特定应用的功效专业化的标准、市售IC）所没有的、只有FPGA才具备的特点。
FPGA不但具备可再编程的灵活性 ，随着近年来技术的生长 ，FPGA的高集成度、高性能化、低功耗化、低本钱化也在不绝进步 ，FPGA已经逐渐具备了与ASIC和ASSP同等水平的功效 ，因此 ，在种种电子设备中的应用日益广泛。
2．FPGA所需求的电源规格
ROHM于今年7月开发出并宣布了对应最新FPGA的、即Xilinx公司生产的28nm制程7系列的开关稳压控制器"BD95601MUV(1ch)"、"BD95602MUV(2ch)"。另外 ，还开发出用于AVNET Internix公司FPGA用开发套件(Mini Module Plus)（照片1）的电源模块板。（照片2）
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| 照片1：AVNET Internix公司生产的FPGA用开发套件（Mini Module Plus） | 照片2：ROHM电源模块板 |
这两种成为参考设计的电源IC性能很是好 ，并且通用性强 ，不但可用于FPGA ，还可在更广泛的应用中使用。
最近的高端FPGA（此次AVNET Internix公司的开发套件为Xilinx Kintex-7用） ，由于其制程工艺的微细化以及与其相应的低电压化、内核部与接口部的电源疏散以及数字电路与模拟电路的混装等多电源化 ，一定需要先进的电源治理。电压精度虽然要求低波纹 ，并且要求具备投入时序治理和优异的负载瞬态响应性能。图1为ROHM电源模块的输出结构 ，体现生成上述项目的各开关稳压控制器与电压/电流。
图1：电源模块的输出结构与FPGA的电源要求
这种模块需要内部电路、I/O、RAM、收发器用等共8种电压。以内部电路用VCCINT为例 ，电压精度为±3%。
系统电压等通常为±5% ，因此 ，仅从比例考虑的话±3%可视为稍微苛刻的要求 ，但按实际的容许电压考虑的话：3.3V±3%为3.3V±99mV ，VCCINT＝1.0V±3%为1.0V±30mV
即、VCCINT的容差仅为±30mV ，当电压较低时 ，实际的容许电压值要求严格。这关于具有波纹电压的开关稳压器来说是很是苛刻的条件 ，如果负载瞬态响应速度不敷快 ，也很容易凌驾容许规模。关于电源来说 ，实现低电压高电流输出、高精度高稳定性是巨大的课题。
另外 ，不可是电源精度 ，关于大都电源来说 ，都已详细划定了电源上电时序、断电时序 ，不满足这些要求就会爆发FPGA不启动等问题。
―实现高速负载瞬态响应的ROHM开关稳压控制器―
使这些FPGA可靠地启动、稳定地事情的开关稳压控制器"BD95601MUV(1ch)"、"BD95602MUV(2ch)"的主要规格如下。
【特点】
? 接纳ROHM独创的可高速负载瞬态响应的H3RegTM控制方法
? 最高效率达95%以上
? 可选择轻负载时进行间歇脉冲控制的轻负载模式、重视低波纹控制的PWM连续控制模式、轻负载时防啸叫控制的静音轻负载模式
? 搭载实现多种电源时序的可调软启动端子、P.G.输出端子
? 搭载种种�；すπ�(OCP、SCP、UVLO、TSD)
【规格提要】
拜见表1�；旧� ，两种产品都是高效同步整流的降压型控制器 ，不但在重负载时的效率高 ，轻负载时的效率也很高。标准电压为0.75V/0.7V ，适用低电压 ，±1%的精度关于前述的±3%的精度来说具有充分的余量。不但如此 ，通过ROHM独创的H3RegTM控制模式实现了高速负载瞬态响应（图2） ，很是适适用作FPGA电源。
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| 表1：BD95601MUV(1ch)、BD95602MUV(2ch)的规格提要 | 图2：负载电流急剧变换也可用最小限的电压降实现高速负载瞬态响应 |
【高速负载瞬态响应H3RegTM控制】
为了提高负载瞬态响应的速度 ，有一种解决计划是使用恒定导通时间控制 ，但H3RegTM控制是进一步提高负载急剧变换时的瞬态响应速度的、革新型(改良形)恒定导通时间控制方法（图3）。
图3：ROHM独创的高速负载瞬态响应H3RegTM控制
?为了与内部电压控制比较器输入的标准电压(REF)进行比较 ，将被分压的输出电压反响给FB引脚；
?在正常运行中 ，H3RegTM控制器一旦检测到FB引脚的电压低于REF电压 ，在下述公式划定的时间(tON)之 内 ，导通高边MOSFET的栅极(HG) ，使输出电压上升；
?tON后HG一旦关断 ，低边MOSFET的栅极(LG)导通 ，FB引脚电压开始下降 ，当与REF电压抵达一致时关 断LG。
?通过这样的重复运行 ，坚持输出恒定；
?负载急剧变换时 ，输出降低、过了FB引脚电压所划定的tON时间还没有上升到REF电压以上时 ，可通过 延长tON时间、供应更多的电力来加速输出电压的恢复,即提高负载瞬态响应特性；
?输出电压恢复 ，即返回正常运行。
3．整合FPGA参考设计 ，获得优异的电源特性
图4为此次AVNET Internix Kintex7用ROHM电源模块的VMGTAVtt输出波形。由图可见 ，VMGTAVtt为FPGA收发器用1.2V模拟电源 ，精度要求为±2.5% ，最为苛刻。可是 ，1.2V输出的BD95601MUV ，波纹为5.6mV ，误差仅为0.47%。
图4：电压波纹波形
要想获得优异的电源 ，一种要领是利用电源模块或FPGA套件的评价结束后 ，移植到实机时 ，接纳参考设计；同时接纳单独进行板上电源设计的也为数不少。
虽然 ，值得强调的是 ，纵然所有方面都进行了优化调解 ，如果IC自身性能不敷好 ，无论如何调解也无法获得所述的优异特性。设计开关电源并不是一件简单轻松的事。除了盘算元件常数 ，为了获得最佳特性还要进行元件的化学研究、基板设计 ，并且没有调试就无法获得真正的性能。
一直以来 ，ROHM在模拟设计技术方面拥有奇特优势 ，拥有可实现具有这样卓越特性的模块的元件选型和基板设计技术诀窍 ，并具备完善的客户支持体制。
4．总结
如前所述 ，FPGA所需要的电源 ，实际使用插座连接的FMC（FPGA Mezzanine Card）有时布线会较长 ，在特性方面要求越发苛刻。
在这种条件下 ，可以自豪的说 ，之所以能够供应满足7系列高端FPGA电源需求的模块 ，是因为ROHM同时拥有卓越的电源用IC与电源设计的技术。
另外 ，选择作为综合性半导体厂家ROHM的参考设计 ，客户在品质、可靠性、供应体制、效劳支持、相同等各个方面都可倍感定心 ，并且 ，ROHM不但供应IC产品 ，还可一并供应分立器件等电气电子元器件产品。
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