简介

现场可编程门阵列 (FPGA) 是精密且功能强大的处理器。为充分发挥先进半导体工艺技术的优势并保持高性能水平，若干新型 FPGA 需要采用优化的电源管理方案和电压供给。设计人员必须考虑每个电源轨的功耗，并采用负载点设计来布局电路板，该设计需集成必要功能，为每个电源轨提供实用的工作电压。本文简要介绍了几款 DC/DC 控制器、转换器和电源模块，它们支持需要智能电压识别 (SmartVID) 的 Altera® FPGA，并提供了一种优化的电源管理方法。

SmartVID

某些包含特定可订购零件号后缀的 Altera、Agilex™ 和 Stratix™ FPGA，其制造时采用经过精确校准的电压，以确保最佳性能。借助 SmartVID，开关电源会动态调整向 FPGA 的供电电压电平，以应对工艺变化，并优化处理器性能。请参阅 Altera 文档以确定哪个 FPGA 可订购零件号 (OPN) 需要 SmartVID。根据 FPGA 系列的不同，SmartVID 在PMBus接口中需要特定的命令。

• VOUT_MODE：确定 VOUT 相关命令的格式
• VOUT_COMMAND：调整输出电压
• READ_VOUT：验证输出电压
• STATUS_BYTE：返回稳压器状态
• CLEAR_FAULTS：清除所有故障位

SmartVID 要求 FPGA 制造商的固件必须支持某些 PMBus 功能。

• PMBus 修订版 1.3 或更高版本
• 100kHz 和 400kHz 的时钟速度
• 支持 7 位地址
• 可配置的欠压、过压、欠流和过流设置
• 直接或线性模式运行
• 特定 FPGA 的可配置上电电压
• 无需供应商特定命令即可运行（例如，密码、写保护）

适用于 SmartVID 的 PMBus 电压稳压器推荐

控制架构

电流模式控制对于受益于可预测开关频率的应用而言是绝佳选择。表格中的电流模式控制器件集成了振荡器，该振荡器可同步至外部频率，因此这种控制架构对于使用噪声敏感型模拟前端 (AFE) 及其他模拟电路的应用也是非常理想的选择。D-CAP4 是恒定导通时间架构的最新版本，能够实现更快的瞬态响应时间，并在输出电容更小的条件下，提供更严格的输出过压和欠压过冲控制。D-CAP+ 是恒定导通时间架构的另一种衍生版本，专为快速瞬态响应而设计，并在多相应用中需要真正电流检测时使用，这类应用可借助下垂补偿（负载线）进一步降低输出电压的过冲和欠冲。

SmartVID 与 SVID 之间的关系

虽然缩写有些相似，但智能电压识别 (SmartVID) 与串行电压识别 (SVID) 有所不同。SVID 是英特尔 Xeon® 可扩展处理器系列的专有接口，它利用额外的数字接口以及专用的寄存器、报警、时钟和双向数据引脚。SVID 的时钟频率远高于用于 SmartVID 的 PMBus，使处理器能够更快地响应任何热、电压、功耗或故障状况。电压的微小调整会实时进行，以平衡性能与功耗之间的折中。由于许多带有 SVID 的开关稳压器也集成了 PMBus 接口，因此 SVID 稳压器仍可用于 SmartVID 应用，但需要特别留意：引脚配置功能可能会被削减以保持较低的器件引脚数，这意味着开关稳压器的配置只能通过串行 PMBus 命令来完成。TPS544B27W 是集成 PMBus 接口和 SVID 总线的 SVID DC/DC 转换器的一个示例。

资源

• Altera SmartVID 调试检查清单和电压稳压器指南。
• 德州仪器 (TI)，控制模式快速参考指南，模拟设计期刊。