现场可编程门阵列的供电
高频旁路电容，无论是在VCCINT还是VCCIO上，均应安装在相关VCC引脚的1厘米范围内；中频旁路电容则应安装在VCC引脚的3厘米范围内。低频旁路电容可以安装在合理范围内的电路板上任意位置。当然，离FPGA越近越好。
较新的FPGA有输入/输出旁路要求，因此以前用于低速或低密度设计的电容类型可能无效。根据所用材料、结构和值的不同，旁路电容在整个频率范围内有不同的串联电抗。通过查看各种系列的数据手册，可以得知某些电容更适合当前所考虑的应用。
图3中显示了电容阻抗随频率的变化曲线。阻抗最小值位于电容的自谐振频率；超过此频率后，寄生引线电感在“电容”的电抗特性中占据主导地位。图中，业界标准型X7R单芯片、10nF陶瓷1206片式电容在50MHz时的阻抗为0.2Ω。然而，在500MHz时，该电容的阻抗约为3Ω。当有效阻抗增大，负载无法使用电容所储存的能量时，电容即无效。同时还必须考虑温度范围和老化效应。一些电容在室温时阻抗较低，但在极端温度时则表现不佳。当电容值较大（100nF至330nF）时，Z5U电容在高频时的ESR可能较低。不过，这种电容不宜在10℃以下使用。作为+20%、–80%额定器件，这种电容要求几乎两倍的设计值才能安全使用。选择旁路电容系列时，最好查看电容制造商的数据手册。
图3 电容阻抗随频率的变化曲线
FPGA电源设计可能会涉及5A、10A甚至更高的电流在PCB走线中流动。当这种大电流存在并以开关模式（边沿陡峭）随时间变化时，显而易见，噪声、感应电压和电磁辐射(EMI)很可能出现，并可能导致电源工作异常。与配线电感相关的快速开关电流也可能会产生电压瞬变，并导致其它问题。为使电感和接地环路最小，传导高电流的PCB走线应尽可能短。应采用接地层结构或单点接地，使外部元件尽可能靠近DC/DC转换器，以实现最佳效果。使用开口铁芯电感时，必须特别注意这种电感的位置和定位，避免电感通量与敏感的反馈接地路径和COUT配线相交。使用具有可调输出的开关稳压器或控制器时，应将反馈电阻和相关配线置于IC附近，并远离电感布置配线，尤其是开口铁芯式电感。铁氧体绕轴或铁棒电感具有从绕轴一端经空气到达另一端的磁力线。这些磁力线会在电感磁场范围内的所有导线或PC板铜走线中产生感应电压。铜走线中产生的电压量由以下因素决定：磁场强度、PC铜走线相对于磁场的方向和位置，以及铜走线与电感之间的距离。
FPGA和稳压器的可靠性取决于散热问题。这些器件的温度主要受待机功耗和总功耗、外部容性负载（仅FPGA）、热阻、环境温度以及气流等因素控制。必须有效管理这些因素，使结温(Tj)始终低于制造商规定的最高温度。
ADP2114同步降压开关稳压器
ADP2114（图4）是一款功能多样的同步降压开关稳压器，可满足各种客户负载点要求。两个PWM通道既可以配置为分别提供2A和2A（或3A/1A）电流的两路独立输出，也可以配置为提供4A电流的单路交错式输出。ADP2114可提供高功效，开关频率最高可达2MHz。在轻负载时，该器件可以设置为脉冲跳跃模式工作，以便提高功效，或者设置为强制PWM模式工作，以便降低电磁干扰(EMI)。ADP2114还具有欠压闭锁(UVLO)、迟滞、软启动和电源正常输出指示等特性；保护特性有输出短路保护和热关断等。可以利用极小电阻和电容对输出电压、电流限制、开关频率、脉冲跳跃工作模式和软启动时间进行外部编程。
图4 ADP2114同步降压开关稳压器
该器件可用于多个终端市场，例如通信基础设施、工业和仪器仪表、医疗保健以及高端消费电子市场。在这些终端市场的主要应用是分布式电源系统中的负载点稳压器。
虽然DC-DC稳压器的功效远高于LDO，但通常认为其噪声太高，无法在不显著降低其它参数性能的情况下，直接为高性能模数转换器供电。模数转换器的噪声至少有两个来源：通过电源纹波直接耦合至转换器中的噪声，以及磁耦合效益引起的噪声。
图5所示为一种实验室设置，针对采用低噪声LDO供电和采用开关稳压器ADP2114供电两种情况，比较一个16位、125MSPS模数转换器的性能。评估所用的AD9268可实现非常低的噪声，信噪比(SNR)为78dB。DC-DC转换器贡献的额外噪声或杂散成分很容易反映在该模数转换器的输出频谱中，因此-152dBm/Hz的低本底噪声使它非常适合评估开关电源。
图5 开关电源供电测试
我们将ADP2114与低噪声LDO稳压器进行比较。高性能、16位、125MSPS AD转换器AD9268的评估结果表明：采用开关稳压器ADP2114供电与采用低噪声LDO稳压器供电相比，性能未受影响。
因此，ADP2114可以为用户提供可配置能力、多样化功能和灵活性，并且具有低噪声特性和高转换效率。同时能够满足各种客户负载点电源要求，性价比高，是FPGA、ASIC、DSP和微处理器供电的理想选择。ADI公司提供网络工具可方便设计导入，同时提供评估板，有助于实现快速导入。
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