FPGA的電源電壓種類,你知道多少？

在硬件電路設(shè)計(jì)中，每一個(gè)IC芯片都有相應(yīng)的電源端口對(duì)其供電，以驅(qū)動(dòng)IC進(jìn)行工作。對(duì)于普通的IC芯片，極大部分都是由單電源3.3V電壓供電，且輸出的高電平電壓也是3.3V，例如MCU和存儲(chǔ)器等常用的芯片。但是對(duì)于FPGA則不然，可編程邏輯的特性賦予了它包容萬物的能力，最終成為一個(gè)需要多電源供電的芯片，那對(duì)于FPGA的電源電壓種類，到底有多少呢?

1. FPGA供電電壓

一顆FPGA芯片通常需要多個(gè)電壓，例如Xilinx的新一代的A7、K7、V7等系列的芯片，可以多達(dá)6個(gè)電壓，分別是3.3V、2.5V、1.8V、1.5V、1.2V、1.0V。

對(duì)于FPGA，其電壓類型通常是以下3種：

(1)核心電壓Vccint，該電壓一般較低，目前常用的是1.2V。核心電壓用于給FPGA的內(nèi)部各種邏輯供電，即芯片的晶體管開關(guān)是有核心電壓提供。當(dāng)內(nèi)部邏輯工作時(shí)鐘速率越高，使用邏輯資源越多，則核心電壓供電電流會(huì)更大，可高達(dá)幾安，此時(shí)芯片必然會(huì)發(fā)燙，需要散熱裝置輔助散熱。另外，核心電壓Vccint并非一定是1.2V，該電壓隨著FPGA工藝的發(fā)展從5V、3.3V、2.5V、1.5V、1.2V逐步變小，具體數(shù)值需查找對(duì)應(yīng)的芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)。

(2)IO電壓Vccio，該電壓顧名思義，就是驅(qū)動(dòng)IO管腳的電壓。因?yàn)镕PGA經(jīng)常要與多種不同電平接口的芯片通信，所以都會(huì)支持非常多的電平標(biāo)準(zhǔn)，這也是它的靈活性表現(xiàn)。FPGA為了能和多種不同的電平標(biāo)準(zhǔn)接口芯片通信，Vccio通常以Bank為界，相互之間是獨(dú)立的，即一個(gè)Bank塊只能存在一種IO電壓。一顆FPGA芯片具有多個(gè)Bank塊，每個(gè)Bnak可以與一種電平接口芯片通信，如Bank34與3.3V的MCU通信，Bank35與2.5V的DDR芯片通信。

(3)輔助電壓Vccaux，F(xiàn)PGA并非一個(gè)單純的數(shù)字邏輯芯片，內(nèi)部也帶有一些模擬組件，比如Xilinx的DCM數(shù)字時(shí)鐘管理組件、高檔點(diǎn)的FPGA還有高速串并轉(zhuǎn)換器serdes、溫度監(jiān)控器件等這些模擬器件，這些模擬器件對(duì)電源噪聲要求很高，所以需要一個(gè)獨(dú)立穩(wěn)定的電源進(jìn)行供電。Vccaux就是為這些模擬器件提供電壓，另外Vccaux還可以給部分IO供電，像JTAG等，具體需要參考對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)手冊(cè)。

2. FPGA電壓監(jiān)控

Xilinx的7系列芯片均提供有內(nèi)部的溫度、電壓監(jiān)控組件(IP核XADC Wizard)，用戶可以通過讀取對(duì)應(yīng)寄存器值來監(jiān)控電壓值，判斷芯片是否工作正常。(Altera不知道有沒此功能，哪位仁兄知道可以告知下哈)

如上圖所示，xadc核可以設(shè)置三種電壓的閾值，然后進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)電壓超過限定值便會(huì)報(bào)警，用戶只需讀取狀態(tài)標(biāo)志寄存器或者對(duì)應(yīng)的電壓寄存器便可以知道當(dāng)前電壓值是否正常。通過軟件控制，對(duì)這三個(gè)電壓進(jìn)行監(jiān)控可以做到故障及時(shí)反饋，起到對(duì)器件保護(hù)與故障的排除，這對(duì)項(xiàng)目開發(fā)是很有幫助的。

3. 總結(jié)

FPGA是一款多電源芯片，這賦予了它能與多種接口通信的優(yōu)勢(shì)與靈活性，但是在電源設(shè)計(jì)上卻也需要更加的謹(jǐn)慎。如果電源電壓不對(duì)應(yīng)，輕則通信不成功，重則可能燒毀芯片，所以作為一名開發(fā)工程師，在設(shè)計(jì)時(shí)必須認(rèn)真對(duì)待。