近年來(lái),，電子設(shè)備（應(yīng)用）的多樣化與高性能化以驚人的速度不斷發(fā)展,。可以說(shuō),，這種趨勢(shì)使各產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期縮短,，并給半導(dǎo)體技術(shù)帶來(lái)了巨大的發(fā)展空間,。

在這種背景下，被稱為FPGA的LSI為電子設(shè)備的開(kāi)發(fā)作出了巨大貢獻(xiàn),，它比以往任何時(shí)候更引人關(guān)注,，市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大。

1．何謂FPGA

FPGA為Field Programmable Gate Array的縮寫(xiě),，意為在現(xiàn)場(chǎng)（Field）,、可擦寫(xiě)（Programmable＝可編程）的、邏輯門(mén)（Gate）呈陣列（Array）狀排布的半定制LSI,，簡(jiǎn)言之,，即“后期電路可擦寫(xiě)邏輯元件”。

產(chǎn)品售出后也可進(jìn)行再設(shè)計(jì),，可順利進(jìn)行產(chǎn)品的更新以及新協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)對(duì),。這是制成后內(nèi)容即被固定的ASIC (Application Specific Integrated Circuit：特定應(yīng)用定制IC）和ASSP （Application Specific Standard Product：特定應(yīng)用的功能專業(yè)化的標(biāo)準(zhǔn)、市售IC）所沒(méi)有的,、只有FPGA才具備的特點(diǎn),。

FPGA不僅具備可再編程的靈活性，隨著近年來(lái)技術(shù)的發(fā)展,，F(xiàn)PGA的高集成度,、高性能化、低功耗化,、低成本化也在不斷進(jìn)步,，F(xiàn)PGA已經(jīng)逐漸具備了與ASIC和ASSP同等程度的功能，因此,，在各種電子設(shè)備中的應(yīng)用日益廣泛,。

2．FPGA所需求的電源規(guī)格

ROHM于今年7月開(kāi)發(fā)出并發(fā)布了對(duì)應(yīng)最新FPGA的,、即Xilinx公司生產(chǎn)的28nm制程7系列的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓控制器“BD95601MUV(1ch)”、“BD95602MUV(2ch)”,。另外,，還開(kāi)發(fā)出用于AVNET Internix公司FPGA用開(kāi)發(fā)套件(Mini

Module Plus)（照片1）的電源模塊板。（照片2）

這兩種成為參考設(shè)計(jì)的電源IC性能非常好,，而且通用性強(qiáng),，不僅可用于FPGA，還可在更廣泛的應(yīng)用中使用,。

最近的高端FPGA（此次AVNET Internix公司的開(kāi)發(fā)套件為Xilinx Kintex-7用）,，由于其制程工藝的微細(xì)化以及與其相應(yīng)的低電壓化、內(nèi)核部與接口部的電源分離以及數(shù)字電路與模擬電路的混裝等多電源化,，必然需要先進(jìn)的電源管理,。電壓精度當(dāng)然要求低波紋，而且要求具備投入時(shí)序管理和優(yōu)異的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)性能,。圖1為ROHM電源模塊的輸出結(jié)構(gòu),，表示生成上述項(xiàng)目的各開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓控制器與電壓/電流。

這種模塊需要內(nèi)部電路,、I/O,、RAM、收發(fā)器用等共8種電壓,。以內(nèi)部電路用V_CCINT為例,，電壓精度為±3%。

系統(tǒng)電壓等通常為±5%,，因此,，僅從比例考慮的話±3%可視為稍微苛刻的要求，但按實(shí)際的容許電壓考慮的話：3.3V±3%為3.3V±99mV,，V_CCINT＝1.0V±3%為1.0V±30mV

即,、V_CCINT的容差僅為±30mV，當(dāng)電壓較低時(shí),，實(shí)際的容許電壓值要求嚴(yán)格。這對(duì)于具有波紋電壓的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器來(lái)說(shuō)是非?？量痰臈l件,，如果負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)速度不夠快，也很容易超出容許范圍,。對(duì)于電源來(lái)說(shuō),，實(shí)現(xiàn)低電壓高電流輸出、高精度高穩(wěn)定性是巨大的課題,。

另外,，不僅是電源精度,，對(duì)于多數(shù)電源來(lái)說(shuō)，都已詳細(xì)規(guī)定了電源上電時(shí)序,、斷電時(shí)序,，不滿足這些要求就會(huì)發(fā)生FPGA不啟動(dòng)等問(wèn)題。

―實(shí)現(xiàn)高速負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)的ROHM開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓控制器―

使這些FPGA可靠地啟動(dòng),、穩(wěn)定地工作的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓控制器“BD95601MUV(1ch)”,、“BD95602MUV(2ch)”的主要規(guī)格如下。

【特點(diǎn)】

?采用ROHM獨(dú)創(chuàng)的可高速負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)的H³Reg^TM控制方式

?最高效率達(dá)95%以上

?可選擇輕負(fù)載時(shí)進(jìn)行間歇脈沖控制的輕負(fù)載模式,、重視低波紋控制的PWM連續(xù)控制模式,、輕負(fù)載時(shí)防嘯叫控制的靜音輕負(fù)載模式

?搭載實(shí)現(xiàn)多種電源時(shí)序的可調(diào)軟啟動(dòng)端子、P.G.輸出端子

?搭載各種保護(hù)功能(OCP,、SCP,、UVLO、TSD)

【規(guī)格概要】

參見(jiàn)表1,?；旧希瑑煞N產(chǎn)品都是高效同步整流的降壓型控制器,，不僅在重負(fù)載時(shí)的效率高,，輕負(fù)載時(shí)的效率

也很高。標(biāo)準(zhǔn)電壓為0.75V/0.7V,，適用低電壓,，±1%的精度對(duì)于前述的±3%的精度來(lái)說(shuō)具有充分的余量。不僅

如此,，通過(guò)ROHM獨(dú)創(chuàng)的H³Reg^TM控制模式實(shí)現(xiàn)了高速負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)（圖2）,，非常適合用作FPGA電源。

【高速負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)H³Reg^TM控制】

為了提高負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)的速度,，有一種解決方案是使用恒定導(dǎo)通時(shí)間控制,，但H³Reg^TM控制是進(jìn)一步提高負(fù)載

急劇變動(dòng)時(shí)的瞬態(tài)響應(yīng)速度的、改進(jìn)型(改良形)恒定導(dǎo)通時(shí)間控制方式（圖3）,。

?為了與內(nèi)部電壓控制比較器輸入的標(biāo)準(zhǔn)電壓(REF)進(jìn)行比較,，將被分壓的輸出電壓反饋給FB引腳；

?在正常運(yùn)行中,，H³Reg^TM控制器一旦檢測(cè)到FB引腳的電壓低于REF電壓,，在下述公式規(guī)定的時(shí)間(t_ON)之

內(nèi)，導(dǎo)通高邊MOSFET的柵極(HG),，使輸出電壓上升,；

?t_ON后HG一旦關(guān)斷，低邊MOSFET的柵極(LG)導(dǎo)通，F(xiàn)B引腳電壓開(kāi)始下降,，當(dāng)與REF電壓達(dá)到一致時(shí)關(guān)

斷LG,。

?通過(guò)這樣的反復(fù)運(yùn)行，保持輸出恒定,；

?負(fù)載急劇變動(dòng)時(shí),，輸出降低、過(guò)了FB引腳電壓所規(guī)定的t_ON時(shí)間還沒(méi)有上升到REF電壓以上時(shí),，可通過(guò)

延長(zhǎng)t_ON時(shí)間,、供給更多的電力來(lái)加快輸出電壓的恢復(fù),即提高負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)特性；

?輸出電壓恢復(fù),，即返回正常運(yùn)行,。

3．整合FPGA參考設(shè)計(jì)，獲得優(yōu)異的電源特性

圖4為此次AVNET Internix Kintex7用ROHM電源模塊的V_MGTAVtt輸出波形,。由圖可見(jiàn),，V_MGTAVtt為FPGA收發(fā)器用1.2V模擬電源，精度要求為±2.5%,，最為苛刻,。但是，1.2V輸出的BD95601MUV,，波紋為5.6mV,，誤差僅為0.47%。

要想獲得優(yōu)異的電源,，一種方法是利用電源模塊或FPGA套件的評(píng)價(jià)結(jié)束后,，移植到實(shí)機(jī)時(shí)，采用參考設(shè)計(jì),；同時(shí)采用獨(dú)自進(jìn)行板上電源設(shè)計(jì)的也為數(shù)不少,。

當(dāng)然，值得強(qiáng)調(diào)的是,，即使所有方面都進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整,，如果IC自身性能不夠好，無(wú)論如何調(diào)整也無(wú)法獲得所述的優(yōu)異特性,。設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源并不是一件簡(jiǎn)單輕松的事,。除了計(jì)算元件常數(shù)，為了獲得最佳特性還要進(jìn)行元件的化學(xué)研究,、基板設(shè)計(jì),，而且沒(méi)有調(diào)試就無(wú)法獲得真正的性能。

一直以來(lái),，ROHM在模擬設(shè)計(jì)技術(shù)方面擁有獨(dú)特優(yōu)勢(shì),，擁有可實(shí)現(xiàn)具有這樣卓越特性的模塊的元件選型和基板設(shè)計(jì)技術(shù)訣竅，并具備完善的客戶支持體制,。

4．總結(jié)

如前所述,，F(xiàn)PGA所需要的電源，實(shí)際使用插座連接的FMC（FPGA Mezzanine Card）有時(shí)布線會(huì)較長(zhǎng),，在特性方面要求更加苛刻,。

在這種條件下，可以自豪的說(shuō),，之所以能夠供應(yīng)滿足7系列高端FPGA電源需求的模塊,，是因?yàn)镽OHM同時(shí)擁有卓越的電源用IC與電源設(shè)計(jì)的技術(shù)。

另外,，選擇作為綜合性半導(dǎo)體廠家ROHM的參考設(shè)計(jì),，客戶在品質(zhì)、可靠性,、供應(yīng)體制,、服務(wù)支持、溝通等各個(gè)方面都可倍感安心,，而且,，ROHM不僅供應(yīng)IC產(chǎn)品，還可一并供應(yīng)分立器件等電氣電子元器件產(chǎn)品,。