[经验]

ASP4644在FPGA SERDES供电中的应用

2024-8-16 14:55:59

451 FPGA 芯片

ASP4644是一款高集成度、四输出的降压型模组稳压器，专为需要低纹波和高效率的供电场合设计，如FPGA和SERDES供电。本文将探讨如何利用ASP4644的特性实现FPGA和SERDES供电的优化设计。

FPGA和SERDES因其高速性和灵活性，在数据通信领域得到广泛应用。FPGA和SERDES对电源的要求极为严格，需要低纹波、高稳定性的电源供应以保证信号的完整性和系统的性能。ASP4644以其高集成度和优异的电气性能，成为FPGA SERDES供电的理想选择。

ASP4644特性

四通道输出，每通道可提供高达4A的连续输出电流。

宽输入电压范围（4V至14V）和输出电压范围（0.6V至5.5V）。

高效率设计，降低系统热损耗。

低输出电压纹波，优化FPGA和SERDES性能。

集成了控制器、功率FETs、电感和支持组件，简化设计和减少外部元件。

FPGA和SERDES供电要求

FPGA和SERDES对电源纹波和噪声非常敏感，可能导致数据传输错误。

需要稳定的电源电压以保证信号完整性。

多通道输出能力，适应FPGA和SERDE不同部分的供电需求。

如下提供一份SERDES和FPGA部分供电要求截图：

图1：美信SERDES供电截图

图2：赛灵思FPGA供电截图

图3：赛灵思FPGA部分供电截图

根据图示SERDES的供电要求最高的为Vdd，电源波动要求0.95-1.05V波动，电源波动要求为100mV；而赛灵思的FPGA电源VCCINT和VCCBRAM供电要求最严的电源波动为0.93-0.97V，仅为40mV。以FPGA为例，如设计供电电压为中间值，那么电源波动仅剩20mV，根据ASP4644典型设计，纹波在4.17-10.67mV完全能满足供电要求。

ASP4644在FPGA SERDES供电中的应用优势

低纹波输出：优化的高频率、高带宽设计，使用单个低ESR陶瓷输出电容即可实现低输出电压纹波。

高集成度：集成了所有必要的电源管理组件，减少了PCB上的元件数量和设计复杂性。

并行操作能力：通过内置的时钟交错功能，实现多通道并行操作，提供更大的输出电流和更好的负载响应。

频率同步：通过CLKIN和CLKOUT引脚实现频率同步，减少多相操作时的相位误差。

如下提供一份电源控制器和4644模块电源应用案例：

图4：DCDC控制器方案

图5：4通道模块电源

图4为典型的DCDC电源控制器方案，图5为4644芯片级电源模块。根据图4和图5对比可以看出同样在2x2cm的空间内4644模块电源可以同时满足4通道输出，而图4 DCDC控制器方案只能输出一路。像FPGA和SERDES这种需要多规格电源供电的环境，使用DCDC控制器设计4路不同的电源输出需要4颗同样的DCDC控制器及外围器件，这样会大大增加PCB的占板面积，将需要4个2x2cm的面积，而如果使用ASP4644芯片级模块电源则仅需要一个2x2cm的面积就可以输出4通道电源，可以大大缩减电源占PCB面积，减小产品体积，同时简单的外围设计可以加快客户产品研发速度，助力加速客户产品推向市场。

设计建议

输入去耦：为每个调节器通道推荐使用10µF输入陶瓷电容，以降低输入纹波。

输出去耦：每个通道使用至少47µF的低ESR陶瓷电容，以实现低输出电压纹波。

多相操作：利用ASP4644的多通道并行能力，实现更大的输出电流和更低的纹波。

温度监控：利用内部温度二极管监控模块温度，确保系统在安全的温度范围内运行。

ASP4644模组稳压器以其低纹波、高集成度和高效率的特性，非常适合用于FPGA和SERDES供电。通过合理地设计和布局，可以有效提高FPGA和SERDES的数据传输性能和系统的可靠性。

本主题由 liuyongwangzi 于 2024-8-16 18:36 审核通过