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FPGA和SoC在設計中面臨小尺寸和低成本挑戰,如何解決

2020年07月16日 17:32 ? 次閱讀

工業電子產品的發展趨勢是更小的電路板尺寸、更時尚的外形和更具成本效益。由于這些趨勢,電子系統設計人員必須降低印刷電路板PCB)的尺寸和成本。使用現場可編程門陣列(FPGA)和片上系統(SoC)的工業系統需要多個電源軌,同時面臨小尺寸和低成本的挑戰。集成柔性功率器件可以為這種應用顯著降低成本,減小解決方案尺寸。

集成柔性功率器件在同一封裝內包含多個 DC/DC 轉換器。這些 DC/DC 轉換器可以是單個封裝中的降壓轉換器、升壓轉換器和 / 或 LDO 的任何組合。圖 1 是一個示例功能框圖,其中 LM26480 包括兩個 2MHz 高效 1.5A 降壓轉換器和連個 300mA LDO。

FPGA和SoC在設計中面臨小尺寸和低成本挑戰,如何解決

圖 1:LM26480 功能框圖

讓我們通過一個例子來說明使用集成的柔性功率器件的好處。設想設計為由 SoC 或 FPGA 控制的無人機設計電源管理系統。圖 2 顯示了該系統中的四個組件,它們完全匹配電源管理 IC(PMIC)。

圖 2:分立與集成功率管理對比

所示的兩種電源解決方案都能產生四個獨立的電源軌,為系統的全球定位系統(GPS)、輸入 / 輸出、核心電壓和雙倍數據速率類型 3(DDR3)供電。在這兩個選項中,前端開關模式電源有效地將無人機電池的電壓降至 5V 電源電壓,如圖 2 的輸入所示。分立組件可以進一步降低此 5V 電源(如選項 1 所示)或集成器件(如選項 2 所示)。

想象一下,使用四個獨立的器件為這個系統供電:兩個 LP3982 300mA 單通道 LDO 和兩個 TLV62084 2A 降壓轉換器。您可以使用這些分立的 DC/DC 轉換器為系統供電,但仍需要四個獨立的有源組件。考慮到有源組件具有最高可靠性問題,這可能不是最佳解決方案。

替代解決方案可以使用集成柔性功率器件,僅利用單個 IC 就能提供系統期望的電壓和電流能力。如圖 2 所示,這提供了許多益處。

首先,與分立解決方案相比,集成解決方案的成本效益高 20%。其次,與四個分立器件的組合電路板空間相比,PMIC 解決方案需要的電路板空間低 10%。第三,集成器件需要的外部組件少于分立解決方案,這進一步減小了整體尺寸和成本。減少物料清單(BOM)器件數量可以提高可靠性。

因此,在設計需要多個電源軌的系統時,尤其是在需要 FPGA 或 SoC 電源的應用中,請考慮集成柔性功率器件。

責任編輯:gt

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