FPGA SoC电源应用中集成柔性功率器件的使用

工业电子产品的发展趋势是更小的电路板尺寸、更时尚的外形和更具成本效益。由于这些趋势，电子系统设计人员必须降低印刷电路板（PCB）的尺寸和成本。使用现场可编程门阵列（FPGA）和片上系统（SoC）的工业系统需要多个电源轨，同时面临小尺寸和低成本的挑战。集成柔性功率器件可以为这种应用显著降低成本，减小解决方案尺寸。

集成柔性功率器件在同一封装内包含多个DC/DC转换器。这些DC/DC转换器可以是单个封装中的降压转换器、升压转换器和/或LDO的任何组合。图1是一个示例功能框图，其中LM26480包括两个2MHz高效1.5A降压转换器和连个300mA LDO。

图1：LM26480功能框图

让我们通过一个例子来说明使用集成的柔性功率器件的好处。设想设计为由SoC或FPGA控制的无人机设计电源管理系统。图2显示了该系统中的四个组件，它们完全匹配电源管理IC（PMIC）。

图2：分立与集成功率管理对比

所示的两种电源解决方案都能产生四个独立的电源轨，为系统的定位系统（GPS）、输入/输出、电压和双倍数据速率类型3（DDR3）供电。在这两个选项中，前端开关模式电源有效地将无人机电池的电压降至5V电源电压，如图2的输入所示。分立组件可以进一步降低此5V电源（如选项1所示）或集成器件（如选项2所示）。

想象一下，使用四个独立的器件为这个系统供电：两个LP3982 300mA单通道LDO和两个TLV62084 2A降压转换器。您可以使用这些分立的DC/DC转换器为系统供电，但仍需要四个独立的有源组件。考虑到有源组件具有可靠性问题，这可能不是解决方案。

替代解决方案可以使用集成柔性功率器件，仅利用单个IC就能提供系统期望的电压和电流能力。如图2所示，这提供了许多益处。

首先，与分立解决方案相比，集成解决方案的成本效益高20％。其次，与四个分立器件的组合电路板空间相比，PMIC解决方案需要的电路板空间低10％。第三，集成器件需要的外部组件少于分立解决方案，这进一步减小了整体尺寸和成本。减少物料清单（BOM）器件数量可以提高可靠性。

因此，在设计需要多个电源轨的系统时，尤其是在需要FPGA或SoC电源的应用中，请考虑集成柔性功率器件。

审核编辑：汤梓红