关于FPGA的软件工具电源优化设计方案

自1985年赛灵思开发出第一个商业上可行的FPGA以来，FPGA领域的价值已增长至数十亿美元。赛灵思本身的年收入超过30亿美元，在汽车，5G，基础设施和数据中心市场中占有重要地位。如今，它已经成为FPGA领域最大的公司，领先于英特尔（通过收购Xilinx的最大长期竞争对手Altera）。

Xilinx FPGA提供了性能和灵活性的结合以及低功耗。它的顶级器件之一Virtex UltraScale +提供了在14nm / 16nm工艺节点中制造的高端信号处理和I / O带宽，使其成为业界功能最强大的FPGA系列。

设计FPGA的电源系统

对于设计工程师来说，FPGA不仅可以提供性能和灵活性还不够，而且还必须易于使用它们进行设计，以使上市时间尽可能短。如果您的产品迟到了，那么产品的好坏通常无关紧要。

通过与工程师交谈，我们知道功率级设计分析是可能会减慢使用FPGA的主要问题之一。许多设计工程师发现，可用软件的功能可能会有所帮助，尤其是不正确的负载模拟可能会成为问题。

为了成功进行设计，您需要在过程的早期确定FPGA的电源规格，这甚至可能在FPGA内部逻辑设计之前就已经确定。FPGA的灵活性可能意味着在设计周期的后期做出的决定会严重影响电源要求。

因此，在此早期阶段，您需要准确的最坏情况功率分析，以便可以适当地设计系统的功率部分。如果电源系统设计欠佳，则可能意味着FPGA工作超出规范，可能会降低其性能甚至影响可靠性。相反，过度设计的动力系统可以额外的大小，重量和复杂性，以您的解决方案添加-这一切都增加了不必要的成本。

对于复杂的FPGA，要考虑这些功耗问题并不是很简单的，因为它们要考虑多个不同的电源轨。为了提供帮助，Xilinx提供了Xilinx功耗估算器（XPE），这是一种基于电子表格的免费工具，可以估算功耗。设计人员可以指定他们希望使用的FPGA以及其他参数，例如预期的环境温度和散热片供应。

XPE提供了详细的功率和热分析，但仍需要设计人员获得更多帮助。假设XPE提供的数据可以在电源设计工具中使用。在这种情况下，优化工具可以帮助选择正确的组件并运行“假设情况”方案以轻松查看不同的选项。

使用软件工具优化电源设计

这种软件工具的一个示例是Flex Power Designer（FPD）。该免费工具概述了完整的电源系统设计，并具有用于复杂的功率级分析，环路优化和热建模的内置仿真，还包括其他功能，例如易于排序和相位扩展。除了推荐Flex Power Modules的最佳组件外，它还使设计人员可以包括其他供应商的电源设备，从而可以对整个电源解决方案进行建模。

为了优化基于Xilinx FPGA的设计，该软件的最新4.0版本现在支持导入从Xilinx XPE工具导出的文件。最初，此功能支持Virtex Ultrascale +器件，并且随着时间的推移，支持的系列列表将不断增加。

通过直接导入XPE文件，产品设计人员现在可以利用有关Xilinx FPGA特定要求的准确得多的信息来模拟其电源系统。FPD软件会自动检测潜在问题，例如瞬态电源需求，并建议合适的电源组件。

对于每条导轨，您都可以在FPD内优化设计，以最大程度地提高系统效率或最小化功耗和电流开销，这通常是成本最低的解决方案。在这两个极端之间拖动屏幕上的滑块很简单，FPD会生成一个模拟，显示预测的效率，系统设计和所需的组件。中间总线电压可以设置为用户指定的参数，也可以允许FPD推荐最佳值。

您还可以研究和模拟FPD中的许多其他选项，例如PCB电阻对电压降的影响。除XPE支持外，最新的4.0版本还包括一项新的系统优化功能，可根据配置的负载查找产品并优化总线电压，并改进了负载瞬态仿真，并支持Flex的PMU（DC / DC点）。负载转换器。

总体而言，与FPD之类的软件工具一起使用可使设计人员优化其电源设计，以提高效率和成本。通过支持XPE文件，现在可以为包含Xilinx FPGA的设计获得最准确，最可靠的仿真。这样可以节省时间，降低错误风险，最大程度地降低组件成本，并确保最终产品具有合适的电源系统-意味着可以充分利用FPGA的性能和灵活性。

编辑：hfy