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说说我的V5系列FPGA芯片XC5VLX85电源方案对比

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    发表于 2013-8-16 18:11:44 | 显示全部楼层 |阅读模式
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    本帖最后由 sistudy 于 2013-8-19 14:06 编辑

        刚刚做完一个项目,用到的是XV5系列的FPGA芯片XC5VLX85,这两天终于抽出点时间来,对现有的电源方案和webench工具设计出的电源方案做一个对比。
             目前板级的电源方案参考了公司原有的一款V4产品的成熟电源设计。巧合的是,同样采用的都是TI的电源解决方案,充分说明了TI电源值得信赖:)。整板由一个5V6A的适配器输入,除了FPGA要用到的3.3V2.5V1.0V外,还有一路1.8V,一路1.5V。整板电源方案框图如下:
    1.jpg
        其中3.3V2.5V电源都采用的是TPS543101V电源采用的是TPS54610,1.5V采用的是LM11171.8V采用的是TPS73118。我觉得这个方案选择还是比较合理的,下面我用webench来设计一个新的电源方案。进入webench后选择FPGA电源设计,进入选择列表,选择xilinx以后很方便的找到了XC5VLX85。(顺便吐槽一下,发现xilinx支持的芯片种类不够丰富,比如我们原来用的V4系列就已经不支持啦,用V4的同学悲剧了……)选好芯片后就开始设置电压,十几个BANK要一个一个分别设置,还是挺麻烦的,其实大部分BANK的电流大小都是一样的,我觉得可以用户自己添加不同的电压,选择相同电压的BANK数量就行了,这么分开设置意义不大,用户使用起来也不太方便。进入下一页添加负载,这一页里面对每个BANK的电流大小都可以修改,这一点比较方便,因为有些BANK并不是所有管脚都会用到,可以修改电流更合理一些,如果把相同电压的BANK整合在一起集中设置一下电流就好了,要不17BANK都要设置,伤不起呀。设置好所有需求,擦擦汗,就可以提交项目需求,喝杯茶等结果啦。
    3.jpg   
        结果出来以后发现了一个小悲催的事情,看到图上红圈的位置了吧,结果显示不全!我使劲拉呀拉呀也没用,就是显示不到下面的情况。我知道还应该有一个1.8V电源,可就是看不到……显示器分辨率是1366*768,是不是因为宽屏显示器分辨率不够高?好吧,反正我知道下面还有一个电源就好了。先看看显示出来的怎么样。还真被我发现一个问题,工具给我设计了两个3.3V电源,一个专门给FPGA
    供电,一个给外设供电。为什么要分开呢,用一个电源不是更省成本和面积?于是我退回前一页,发现了一些有用的东东。
    4.jpg   
        在每一路电源下面都有更详细的设置,可以选择是否使用独立电源,是否采用LDO供电,是否需要外部同步,上电顺序,还可以把电源分组。我只是想把3.3V电源用一个电源供电,所以偷了一个懒,直接把我添加的负载删除了,然后把3.3V供电的BANK电流调大一点,就骗过了工具:)。这回设计OK,五路电源结构清晰的展现在面前了。把优化调校按钮调节到最低BOM成本之后,就可以检视项目细节创建项目了。在项目细节页面可以选择替代元器件,我按照工具默认的选择创建项目。
    5.jpg   
        最后工具选择的电源芯片是,TPS62092TPS40305TPS62091LM3670-1.8LM3674-1.5。和我选用的一个都不一样,汗……有了工具设计的结果下面开始对比。问题是我的元器件都是在市场上采购的,价格和和面积都是估计,和工具的参考价格肯定有出入,这样比较的结果一定不准确,于是我打算用工具再重新设计一遍,芯片就选用现有方案。无意中发现一个更方便的设计方法。选择工具的新设计按钮,在主页上有一个Power Architect按钮,选择这个选项以后,就直接跳到了配置电源页面,我们自己添加需要的负载就可以了。
    6.jpg   
      在已知整板电源需求的情况下,这样设计明显更方便,不需要麻烦的去设置BANK电压电流了。快速的设置好5
    路电源的需求,就可以提交项目需求了。
    7.jpg

        可选择的替代电路实在是太多了,小心的按着按键一个个查找生怕漏过一个,可还是没找到我用到的芯片,真是狂晕。虽然可以按照替代电路效率大小或者BOM成本来进行排序,但还是不太方便。如果在替代电路这部分加一个输入查找框,用户可以按照型号查找就方便多了,要不然我相信绝大多数人都会放弃替换的。不过在折腾的时候又发现一个有用的功能,那就是“move this supply to”。利用这个功能可以修改电源架构,比如我的1.5V是从3.3V出来的,这样我就可以把1.5V电源移动到3.3V的下面,这样和实际的电源架构更为接近。改完了比忘了要save change。由于没有找到实际使用的芯片,就找了几款替代型号,TPS54310替换为TPS53313TPS54610替换为TPS54678LM1117替换为LM3671
    9.jpg

        下面就可以创建项目,生成报告啦。下面就是两种方案的比较结果
    效率                              91.121%                                   90.483%
    面积                              900mm2                                   860mm2
    成本                              6.48美金                                 11.89美金
        通过比较可以发现,两种方案的效率和面积相差无几,但是由于webench设计选择了最小BOM成本的选项,所以在成本方面优势明显,几乎便宜了一半的价钱。这应该算是webench设计的一个优势,能够快速的设计出满足系统要求的价格最优或者面积最小的方案。如果没有这个工具,在众多芯片中要做到最优化几乎是不可能的任务。虽然公司的网络环境一般,但是工具的响应还是比较顺畅的。通过这次对比使用,发现了一些webench很有用又容易被忽视的功能,充分看出TI的工程师在设计webench还是非常用心的。希望以后工具支持的芯片更全面,设计更灵活,可用户配置的选项更多,成为工程师手中的一把利器!

    发帖好累,发完忘了上传报告了,哈。
    XC5VLX85.pdf (360.47 KB, 下载次数: 7)
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     楼主| 发表于 2013-8-16 18:13:20 | 显示全部楼层
    自己的沙发自己做,哈哈
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    发表于 2013-8-19 10:12:03 | 显示全部楼层
    哇哦,详尽程度{:soso_e179:}
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    发表于 2014-3-21 17:04:51 | 显示全部楼层
    其实TI公司有配套的电源模块在卖,尤其是core电压,外设电压类的,TPS系列的吧,记不大清楚了,我在设计XC5VLX330  FPGA 系统的时候用到了
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    发表于 2014-5-29 07:12:24 | 显示全部楼层
    谢谢楼主分享
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    发表于 2014-5-30 23:03:53 | 显示全部楼层
    毕设的时候画过一个altera的,用到lm和ams。
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