第6回 FPGA の電源を選定する場合の注意点について

第6回は、FPGAの電源を選定する場合のポイントを、FPGAの電源仕様の観点からご説明させていただきます。
今回も、前回に引き続き、「Cyclone V(5CSXFC5D)」を例に挙げ、見ていきます。

ポイント1:FPGAの電源仕様の把握

まず、データシートと、ピンコネクションガイドラインから、FPGAの必要電源精度を確認することで、 FPGAの要求する電源の仕様を正しく把握した上で注意点を見ていきます。

FPGAの電源仕様の確認

  • Pin Connection Guide LinesのPower Supply Sharing Guide Linesを確認して電圧と精度を確認
  • コア(VCC等)の電圧、電圧精度を確認
  • PLL(VCCA_FPLL等)の電圧、電圧精度を確認
  • IO の電圧、電圧精度を確認

ポイント2:電圧範囲と精度

各種電源ラインの実際の電圧範囲、精度の確認をします。今回の「Cyclone V SX」の場合、VCC では必要電圧が 1.1V で、±30mV の範囲が必要です。

両方の単位の数値を確認

  • VCC の電圧範囲は 1.07V~1.13V、1.1V をセンターとした時、±2.72% の変動範囲。
  • VCCA_FPLL の電圧範囲は 2.375V~2.625V、2.5V をセンターとした時、±5% の変動範囲となります。
  • IO の電圧範囲は 1.71V~1.89V、1.8Vをセンターとした時、±5% の変動範囲となります。
<画像2-1>
<画像2-2>

ポイント3:供給電流は見積もった電流値に対して余裕をもった値で選定

(※EPE では、+30% がデフォルトの値となっております。)

ポイント4:過渡応答 (トランジェント、PDN 記載スペック)

ポイント2とは別に、急激な電圧変動においては、別の変動範囲が規定されております。 デバイスによって値が異なるため、PDNツール の Introductionシート の 各デバイスの Allowable Ripple を確認してください。
(今回の場合:5%)

ポイント5:FPGAの起動シーケンスの確認

デバイスごとに 起動シーケンスが 規定されている場合があるため、デバイスハンドブックの Power-Up Sequence 参照

今回の例「Cyclone V SX」の場合、デバイスハンドブック
Volume1: Device Interfaces and Integration ⇒ Power Management in Cyclone V Devices 参照

ポイント6:電源起動時の波形 (単調増加)

今回の例「Cyclone V SX」の場合、tRamp を最低 [200usec-100msec] の範囲で立ち上げる必要がある。

Cyclone V Device Datasheet
⇒ 7頁 Electrical Characatrize
⇒ Operating Conditions
⇒ Recomended Operating Conditions

<画像5>
<画像6>

今回は「FPGA の電源を選定する場合の注意点について」FPGAの仕様からご説明させていただきました。

 

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