AnDAPT为FPGA供电带来领先的完全可编程定制化PMIC

十年前，当我第一次开始为一家 FPGA 公司工作时，我惊讶地发现这些部件需要纷繁复杂的电源轨。我从来没有遇到过需要五到十个甚至更多电源轨的芯片。即使在过去的 PMOS 时代，芯片也只需要三个电源电压，而在幸运的最近几十年里，5 伏的电源电压就足够了。不知何故，有人允许 FPGA 设计人员满足他们的过度电源要求。这种令人不快的特性并不是某个供应商的 FPGA 独有的。如今，除了最古老和最简单的 FPGA 之外，几乎所有的 FPGA 都是这样的。

多年来，FPGA 供应商一直与电源管理 IC (PMIC) 芯片制造商合作开发电源子系统参考设计，为他们的 FPGA 提供所有需要的电源轨。您可能已经注意到，FPGA 供应商倾向于选择与其共享分销商的 PMIC 供应商，因此如果您更喜欢来自另外一个供应商的 FPGA，并且大多数工程师都支持此FPGA，那么很有可能 由于EDA工具锁定，您可能找不到基于首选 PMIC 供应商芯片的FPGA 电源子系统参考设计。如果您使用来自多个供应商的 FPGA，您可能无法使用相同的 PMIC 为不同品牌的 FPGA 供电，至少不能使用供应商的参考设计。 您可能需要设计自己的电源子系统或请您最喜欢的 PMIC 供应商为您设计一些东西。

现在，还有另一种选择。它来自一家快速发展的可编程模拟半导体公司安普芯源( AnDAPT,这就是公司名称的大写方式）。AnDAPT 由 Kapil Shankar 创立，他曾创立并担任 FPGA 供应商 SiliconBlue 的首席执行官。（Shankar 显然喜欢大写怪异的公司名称。） Lattice Semiconductor 最终收购了 SiliconBlue，而 Shankar 的新企业 AnDAPT 专注于可编程模拟 IC。

AnDAPT的目标之一是为市场上主要 FPGA 供应商提供FPGA 电源解决方案。AnDAPT 的自适应多轨电源平台 (AmP) PMIC 是基于 SRAM 的可编程电源芯片，此架构是为 FPGA提供纷繁复杂电源轨的门票。AmP PMIC 在其可编程模拟结构中包含可编程电源开关和线性稳压器以及模拟比较器、放大器和功率 FET。它们还在数字结构中包含一些可编程逻辑，其中包括更熟悉的 LUT 和 RAM，用于制定决策和排序。

如上所述，现代 FPGA 需要多个电源轨。其中一些电源轨必须提供高电流（数十安培），而另一些则需要相对较低的电流。高电流电源轨通常实现为开关电源，以提高效率，而低电流电源轨通常采用线性通路稳压器，以降低成本和简单性。因此，在为 FPGA 设计电源子系统时，需要处理多种电压和电源电流。

例如，下面是 AMD-Xilinx Zynq UltraScale+ MPSoC 所需的电源图，这是一种将 FPGA 与基于处理器的 SoC 相结合的 SoC：

如图所示，Zynq UltraScale+ MPSoC 需要 10 个独特的电源轨，显示为编号为 1 到 10 的时序。显然，为 Zynq UltraScale+ MPSoC 等设备供电的相关复杂性超出了所需的电压和电流。电源轨必须在系统上电时以正确的顺序和正确的时序初始化，并且在电源关闭时也可能需要正确排序。违反电源轨排序和时序规范可能会损坏这类芯片。这意味着为这些类型的芯片设计电源子系统部分是模拟电路，部分是数字电路。

公正地说，所有 FPGA 供应商都意识到他们已经将电源设计挑战置于想要使用 FPGA 的系统开发人员的膝上，并且他们与 PMIC 供应商合作开发了满足要求的固定电源子系统设计他们的可编程逻辑器件。根据 AnDAPT 的首席执行官 Bill McLean 的说法，FPGA 供应商在为从 5 伏输入运行的电源子系统开发基于 PMIC 的解决方案方面做得非常好。

然而，一些基于 FPGA 的系统设计使用 12 伏电源输入，而 AnDAPT 发现现有的基于 PMIC 的解决方案无法很好地满足这一需求。AnDAPT已决定要在这个 12 伏的输入市场上占有一席之地。为此，AnDAPT 为来自 AMD-Xilinx 和 Microchip 的越来越多的可编程逻辑器件开发了固定电源子系统设计。

例如，AnDAPT为 Zynq UltraScale+ MPSoC 设计了一个使用AmP芯片的两芯片电源子系统设计，如下表所示：

用于此电源子系统设计的两个 AmP PMIC（在表的最后一列中标记为 ARD_X_ZUM_C1_IC1 和 ARD_X_ZUM_C1_IC2）是相同的基本 AmP 器件，但它们的固件不同以生成不同的电源轨。PMIC 配置发生在上电期间，就像其他基于 SRAM 的可编程逻辑器件一样。AmP PMIC 通过 SPI（串行外设接口）端口加载其配置，或者充当 SPI 主机并从串行 EEPROM 加载配置比特流，或者充电SPI从机接受来自外部控制器的配置比特流。

上表没有显示的是，这些基于 AmP PMIC 的电源子系统设计还需要外部电感器、电容器和二极管。但是，您期望这是因为这些功率组件不容易集成到芯片中。使用其他供应商的大多数 PMIC 时，情况大致相同。AnDAPT 的固定电源子系统设计及其设计工具为这些外部组件提供规范，作为工具生成的可下载设计文件包的一部分。

为了开拓这个 12 伏输入的电源市场，AnDAPT 已经为几个 AMD-Xilinx 和 Microchip FPGA 开发了参考电源子系统设计。涵盖的 AMD-Xilinx FPGA 包括 Zynq UltraScale+ MPSoC 和 RFSoC 系列，以及最初的 Zynq-7000 SoC 系列；Kintex UltraScale+、UltraScale 和 Kintex-7 FPGA 系列；以及 Artix UltraScale+ 和 Artix-7 FPGA 系列。AnDAPT 还为 Microchip PolarFire FPGA 开发了参考设计。

您可以使用 AnDAPT 的基于 Web 的 EDA 工具修改这些电源子系统设计或从头开始创建自己的设计。这些工具采用简单的图形化拖放式用户界面，并且根据我在 AnDAPT 网站上观看的演示视频，您可以使用这些工具设计一个电源子系统，所需时间比吃午饭还短， 并且不需要知道 Verilog 或 VHDL。

因此，如果您的设计需要多个从 12 伏输入的电源运行的精密电源子系统，并且您没有手边的解决方案，您可能想看看 AnDAPT 的 AmP PMIC。

引用：

Powering FPGAs is a Giant Hassle. Here’s Some Help. AnDAPT Targets a Small Power IC Niche for its Programmable PMICs----by Steven Leibson