赛灵思参考设计:MPS推出高性能FPGA电源解决方案


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人工智能和深度学习时代推动了数据中心,云计算和边缘计算市场的蓬勃发展。这些领域也成为现场可编程门阵列(FPGA)解决方案的巨大市场,尤其是在边缘计算领域(见图1)。

电感饱和的原因

Figure 1: FPGA Solutions

图1: FPGA解决方案

作为FPGA领域的领导者, 赛灵思推出的各种平台设计解决方案可用于多种应用,尤其适用于无线通信与人工智能领域(见图2)。随着高性能FPGA的电源设计要求变得越来越复杂,电源工程师开始面临更多的挑战。功率需求大幅增加,尤其是对核心轨。更高功率密度、更高效率和更快的瞬态解决方案成为FPGA性能最大化的关键要素。

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图2: 赛灵思解决方案

与分立式解决方案相比,MPS电源模块具有更高的工作效率并可以最大程度地减小占板面积。MPS电源模块将稳压器、电感和无源组件直接安装在引线框架上(参见图3)。这种布局减少了电路寄生现象,实现了散热效率最高的PCB连接,同时还实现了快速开关频率和瞬态响应。这使得MPS模块非常适合要求高功率密度、高性能、低纹波和高效率的FPGA应用。MPS拥有业界最广泛的电源模块产品组合,涵盖100多个器件,而且还在不断增加。

图3: 集成电源模块布局

现在来看赛灵思的Zynq UltraScale + RFSoC电源架构。RFSoC IC需要超过30个电压轨(见图4)。可编程逻辑(PL)域中的电压轨用于RFSoC,而处理系统(PS)域中的电压轨用于内置的Arm Cortex内核。通过合并电压轨并减少使用的设备数量,可以将电压轨数量降至最低。采用MPS电源模块可以最大程度地减小PCB占板面积,并简化电源设计。

图4: 赛灵思Zynq UltraScale+ RFSoC解决方案

在此参考设计中,MPS采用了几种常用的电源模块:

MPM3695系列

MPM3695系列提供10A和25A电源模块。这些模块可以为FPGA提供通用电源解决方案。该系列产品可以通过并联方式堆叠多个MPM3695-25或MPM3695-10模块来扩展输出电流,从而增加电流输出并最优化瞬态响应。

与分立负载点(POL)解决方案相比,MPM3695系列可以将功率密度提高多达60%,这不仅简化了PCB布局和功率级设计,而且还将对外部组件的需求降至最低,从而减小了解决方案尺寸。MPM3695系列是具有定制集成电感设计和领先封装技术的单片功率IC,其总体解决方案尺寸比分立式方法小40%。

MPM3632C

MPM3632CMPM3632C是一款紧凑型低噪声3A模块。它以3mmx5mmx1.6mm的封装尺寸通过单输出电源模块提供18V和3A强制连续导通模式(CCM)解决方案。

MPM3632C仅需输入和输出电容器即可提供完整的解决方案。它支持宽输入电压范围,可提供3A连续输出电流,具有出色的负载和线性调整率。该方案简单但具有高性能,可以极大地缩短产品上市时间。

MPM3606A

MPM3606A是一款21V、0.6A电源模块,同一系列还提供了兼容引脚的 1A,2A 和 3A 电源模块,让电源解决方案设计更加灵活。

MPS电源模块将我们行业领先的稳压器、电感和无源组件集成到一个封装中。采用MPS电源模块,电源设计人员可以轻松实现高效率、超快速瞬态响应和低噪声的电源设计,同时最大程度地减小PCB板空间和设计复杂性。凭借我们广泛的解决方案组合,MPS模块提供了最大的设计灵活性,设计人员可以根据FPGA的最终设计要求来扩展或缩减解决方案。MPS模块因拥有这些优势而成为赛灵思FPGA应用的最佳解决方案。

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