面向Zynq IIoT应用电源解决方案参考设计

作者:Stark

Xilinx Zynq-7000全可编程SoC器件自从面向市场以来受到了很大欢迎,被应用到很多系统设计当中,是针对各类系统设计问题的最智能化解决方案,无与伦比的集成、高性能和低功耗等优势。与此同时这也给电源模块的设计带来了很大考验,美国芯源系统有限公司(Monolithic Power Systems, 简称MPS)为此设计了一个电源模块。采用了6个MPS电压转换校准芯片,分别是3个MPM3630 3A转换器、1个MPM3610 1A转换器和2个LDO转换器。(图1 MPS公司设计的Zynq-7000 SoC电源模块)

该电源模块共有12个电压通道输出,输出的电源电压分别包括0.75V、1.0V、1.5V、1.8V、2.5V和3.3V,完全满足Zynq SoC器件的电源需求。

图2 MPS公司Zynq电源解决方案设计模块图

图2 MPS公司Zynq电源解决方案设计模块图

参考地址: http://www.monolithicpower.com/Portals/0/Documents/Reference%20Design/MP...

除此之外,TI公司也专门定制了Zynq-7000电源模块,使用了多个LMZ3系列模块、多个LDO和一个DDR终端稳压器提供为FPGA供电时需要的所有电源,同时还具有一个用于加电和断电排序的LM3880。此电源模块还支持DDR3存储器件。重要的是此设计为模块设计方便调用。输入电源为12V,输出电流可高达3A,输出电压包括1V、1.2V、1.35V、1.5V、1.8V、2.5V、5V,也能够完全满足FPGA的使用。

图3 TI公司设计的Zynq-7000 SoC电源模块

图3 TI公司设计的Zynq-7000 SoC电源模块

该模块采用的电源管理器件包括:

  • LM3880:电源序列发生器
  • LMZ31503:采用QFN封装具有4.5V-14.5V输入的3A SIMPLE SWITCHER电源模块
  • LMZ31520:20A SIMPLE SWITCHER电源模块
  • LP2998:DDR3终端稳压器
  • TPS560200:SOT23 封装的 4.5V 至 17V 输入、500mA 同步降压转换器
  • TPS7A3501DRV:正电压、低噪声(3.8µVRMS) LDO,可为 1A 负载供电,非常适合无噪声电源解决方案
  • 参考地址: http://www.ti.com.cn/cn/lit/ug/tidu970/tidu970.pdf

    在实际电源模块设计过程中,很多因素需要考虑在内,如成本、尺寸和效率等,我们还要事先估算出合适的电流电平,电源设计人员才可以开始器件选型,比如低压降稳压器 (LDO)、开关模式电源 (SMPS)等,例如由于其简单性和低输出噪声,LDO是某些较低电流FPGA电源轨的理想选择,而LDO的缺点就是效率不高,高电流时发热严重。

    美国芯源系统有限公司(Monolithic Power Systems, 简称MPS)是一家专注于模拟、混合信号集成电路行业的高科技企业。MPS公司集设计、研发、制造、销售为一体,拥有多项处于世界顶尖水平的专利技术,公司旗下产品已拥有CCFL灯管驱动芯片、DC/DC变换器、白光LED驱动器、D类功放IC等七大类400多个品种。

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