FPGA电源设计总结

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FPGA的电源主要由核电VCCINT，block RAM供电VCCBRAM，辅助电压VCCAUX和VCCAUX_IO，IO电压VCCIO，高速GTX接口电压VMGTAVCC，VMGTAVTT，VMGTVCCAUX，VMGTAVTTRCAL等电压组成。

各电源定义

VCCINT

VCCINT是FPGA芯片的内核电压，是用来给FPGA内部的逻辑门和触发器上的电压。即芯片的晶体管开关是有核心电压提供。当内部逻辑工作时钟速率越高，使用逻辑资源越多，则核心电压供电电流会更大，可高达几安，此时芯片必然会发烫，需要散热装置辅助散热。该电压随着FPGA的发展从5v、3.3v、2.5v、1.8v、1.5v变的越来越低。核心电压是固定的。（根据所用FPGA的模式来确定）。

电源应选择输出电流大于器件最大要求电流的DCDC供电，原则上DCDC的开关频率越高需要的功率电感和滤波电容体积就越小，根据板级实际情况选择开关频率。

VCCIO

VCCIO（有些地方也记为VCCO）是用于FPGA驱动IO模块（同IO引脚）的电压。该电压应该与其它连接到FPGA上的器件的电压匹配，因为FPGA经常要与多种不同电平接口的芯片通信，所以都会支持非常多的电平标准，这也是它的灵活性表现。FPGA为了能和多种不同的电平标准接口芯片通信，Vccio通常以Bank为界，相互之间是独立的，即一个Bank块只能存在一种IO电压。一颗FPGA芯片具有多个Bank块，每个Bnak可以与一种电平接口芯片通信，如Bank34与3.3V的MCU通信，Bank35与2.5V的DDR芯片通信。需要注意的VCCO里面分为HR bank电压和HP bank电压，其中HR bank电压一般为3.3V设计，但是遇到网络接口时一般设计为2.5V；HP为高速bank，常常用于ddr设计，电压为1.5V

*FPGA通常需要两个电压才能运行：一个是“内核电压”，另一个是“IO电压”。每个电压通过独立的电源引脚来提供。实际上，FPGA器件本身是允许VCCINT和VCCIO相同的（比如VCCINT和VCCIO两种引脚可以被连接在一起）。但是FPGA设计是面向低电压内核和高电压IO的，所以两种电压一般是不相同的。‘

*需要注意的是内核电压和IO电压的上电顺序，一般是要求前者先上电，因此在电源电路设计的时候需要进行时序控制。

VCCAUX

FPGA并非一个单纯的数字逻辑芯片，内部也带有一些模拟组件，比如Xilinx的DCM数字时钟管理组件、高档点的FPGA还有高速串并转换器serdes、温度监控器件等这些模拟器件，这些模拟器件对电源噪声要求很高，所以需要一个独立稳定的电源进行供电。Vccaux就是为这些模拟器件提供电压，另外Vccaux还可以给部分IO供电，像JTAG等。

VCCAUX_IO

VCCAUX_IO是相对于地的辅助电源电压（驱动器前电压）。在xilinx的FPGA芯片中， Vccaux_io是一个独立的轨道，为高性能库中的I / O电路供电。 Vccaux_io必须设置为2.0V才能实现更高的数据速率，并且可以设置为1.8V以降低数据速率（电压的选择取决于目标存储器接口频率）。

VCCBRAM

内部Block RAM的供电电压。其不损坏FPGA器件的范围为-0.5V~1.1V。对于-2和-1的spartan7系列，正常工作电压为0.95V~1.05V，推荐工作电压为1.00V。对于 -1L的spartan7系列，正常工作电压为0.92V~0.98V，推荐工作电压为0.95V。

VMGTAVCC

GTP收发器核心电压。其不损坏FPGA器件的范围为-0.5V~1.1V。正常工作电压为0.97V~1.03V。推荐工作电压为1.00V。(xilinx的FPGA芯片)

VMGTAVTT

GTP收发器终端匹配电压。其不损坏FPGA器件的范围为-0.5V~1.32V。正常工作电压为1.17V~1.23V。推荐工作电压为1.20V。(xilinx的FPGA芯片)

*GTP收发器的上电顺序为VCCINT、VMGTAVCC、VMGTAVTT或者VMGTAVCC、VCCINT、VMGTAVTT。断电顺序正好相反。

各电压上电顺序要求，具体如下：

（1）VCCINT → VCCBRAM → VCCAUX → VCCAUX_IO → VCCO ；

（2）VMGTAVCC → VMGTAVTT → VMGTAVTTRCAL → VMGTVCCAUX。

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