系统设计人员必须考虑上电和断电期间内核和 I/O 电源之间的时序和电压差异(换句话说,电源排序)。当电源排序未正确发生时,可能会出现闩锁故障或电流消耗过大。如果电源向内核和 I/O 接口施加不同的电位,则可能会触发闩锁。FPGA 和其他具有不同排序要求的组件使电源系统设计进一步复杂化。为了消除排序问题,您应该在加电和断电期间化内核和 I/O 电源之间的电压差。电源将 3.3V 输入电压调节为 1.8V 电压,并在加电和断电期间跟踪 3.3VI/O,以限度地减少电源轨之间的电压差。
的电路包括IC 1 和IC 2,分别是TPS2034电源
开关和TPS54680降压开关稳压器。组件 IC 1 是一个高侧电源开关,可生成 IC 2 在启动期间跟踪的缓慢斜坡。6 毫秒的斜坡时间限度地减少了电源开关和电源输出上大容量
电容器的浪涌电流。缓慢的斜坡限度地减少了 FPGA 的瞬态电流消耗。电源开关确保在 IC 2 具有足够的偏置电压来运行并生成电压之前,I/O 电压不会施加到负载。假设 J 1上的输入电源电压为 3.3V ,将 J 2悬空 连接器启用组件 IC 1。I/O 电源电压 J 3缓慢上升直至达到 3.3V。随着I/O电压上升,电源电压J 4相应上升,直到电压达到1.8V。TPS54680 器件在 TRACKIN 引脚上集成了一个模拟多路复用器来实现跟踪功能。
在上电和断电期间,当 TRACKIN 引脚上的电压低于内部基准 0.891V 时,TRACKIN 引脚上的电压连接到误差
放大器的同相节点。当 TRACKIN 引脚低于 0.891V 时,该引脚有效地充当开关稳压器的参考。TRACKIN 引脚上的 R 3 和 R 4电阻分压器必须等于 R 1 和 R 2 电阻分压器 在反馈补偿中跟踪加电和断电期间的电压差。TPS2034 的导通电阻为 37 mΩ,可提供高达 2A 的输出电流。TPS54680 是一款同步降压稳压器,包含两个 30mΩ MOSFET。由于 TPS54680 可以以高于 90% 的效率提供和吸收多达 6A 的负载电流,因此输出可以在断电期间跟踪另一个电源轨。当 IC 1 器件因 J 2 接地短路而被禁用时,I/O 电源电压会衰减,一旦 I/O 电压低于电压,电源电压也会随之衰减。通常,肖特基
二极管连接到双电源的输出,以在断电期间钳制内核和 I/O 电源之间的电压差,但大多数应用不需要 中电源电路的二极管。使用这种电源设计可以消除潜在的闩锁现象并减少 FPGA 启动瞬态电流,从而减少元件数量并提高可靠性。